基于遥感数据的内蒙古火灾时空分异特征与风险评估研究

发布时间：2020-06-10 22:18

【摘要】：内蒙古位于中国北部边疆,是我国北方重要的天然生态屏障。该区域森林、草地覆盖面积大、分布连续,易燃物储量多,火灾风险高,是全国火灾高发的省份之一,但是目前关于该区域火灾风险评估方面的研究相对较少。因此,本研究基于MCD45A1火烧迹地、MOD14A1/MYD14A1热异常产品数据集提取内蒙古近15a(2002~2016a)的过火面积和火点分布特征,分析了该区域火灾的时空格局演变特征;从自然因素和人类活动角度,选取11个影响火灾发生与蔓延的因子,构建了内蒙古火灾风险评估指标体系,分析了火险因子的变化特征及火灾发生与火险因子之间的内在联系;在此基础上,利用风险分析经典理论和层次分析法,建立内蒙古火灾风险评估模型并进行风险区划。研究结果表明:(1)利用Landsat遥感数据分别提取3次草原火灾和1次森林火灾的过火面积,与MCD45A1火烧迹地产品数据提取的过火面积进行比较,得到的过火面积误差率分别为9%、14%、21%和22%。这表明MCD45A1火产品数据具有较好的精度,该数据对于内蒙古火灾遥感监测具有良好的适用性。(2)2002—2016a内蒙古总过火面积为4.63万km~2,火点个数13488个,年际变化差异较大。从整体来看,过火面积在波动中下降,而火点个数在波动中上升,内蒙古的火灾灾情有所减轻。过火面积的季节变化表现为0春秋多,冬夏少,尤其是2月、3月、4月、5月、8月、9月、10月灾情较为严重。火灾空间分布格局表现为由东北向西南逐渐减少。局部地区火点较为密集,高密度火点主要分布在中蒙边境区域、森林-草原区以及平原典型农耕区,并且根据火灾每年的空间分布特征看到,同一地区火灾的重复发生现象较为明显。在七大生态分区中,90%的火灾发生集中在兴安岭山地丘陵区、呼伦贝尔高平原丘陵区和锡林郭勒高平原区,过火面积占比分别为52%、28%和10%,火点个数占比分别为52%、17%和12%。从不同土地利用类型过火面积和火点的统计特征来看,耕地是受火灾干扰最严重的土地利用类型,其次为林地和草地,其他类型受火灾干扰程度较小。其中,耕地、林地、草地过火面积和火点个数的占比分别为65.0%、25.3%、9.1%和85.7%、7.6%、5.8%,并且森林火灾在逐年减少,而草原火灾有不断增加的趋势。(3)采用专家咨询法和频度分析法,从自然和人类活动的角度构建内蒙古火灾风险评估指标体系。通过建立火点与火险因子的对应关系,分析火灾发生与火险因子之间的内在耦合关系。从可燃物特征来看,火点个数与火灾高发期NDVI存在正态分布函数关系。随着NDVI和植被含水量的增大,火点个数呈现先增大后减小的变化趋势。火点分布较多的NDVI、植被含水量区间分别为0.3~0.5、0~0.3kg·m~(-2);从气候特征来看,火灾高发期的气温与火点个数呈现双峰结构,而火灾高发期的降水量异常值与火点个数存在正态分布函数关系。随着降水量异常值的增大,火点个数呈现先增大后减小的变化趋势。火点分布较多的火灾高发期气温和降水量异常值区间分别为1~3℃、-1~1mm;从地形因子来看,火灾主要发生在高程低、地形平坦、起伏小的地区。火点个数随高程的升高呈现先增大后减小的变化趋势,而火点个数随地形起伏度和坡度的增大呈现逐渐下降的趋势。其中,火点分布较多的高程、坡度、地形起伏度区间分别为80~700m、0°~7°、1~70m。火点个数在各个坡向上的差异不显著;从人类活动因子来看,当距居民点的距离小于10km时,火灾个数随着距离的增加而不断增大;当距居民点的距离大于10km时,火灾个数随着距离的增加而呈现不断减小的变化趋势。随着距道路的距离的增大,火点个数呈现一直降低的变化趋势。当距道路的距离小于5km时,共出现8403个火点,占总火点个数的69.9%。(4)内蒙古火灾风险地域分异明显,火灾风险指数的空间分布格局表现为东北部风险高,西南部风险低。基于自然断点法,依据风险评估结果将内蒙古分为高风险区、中风险区、低风险区和极低风险区4类火灾风险区。其中,火灾高风险区主要集中在大兴安岭西麓地带、松嫩平原西缘、东乌珠穆沁旗中部以东的锡林郭勒草原、西辽河平原以及河套—土默川平原地区;中风险带位于大兴安岭林区和呼伦贝尔草原东南缘的大部分地区;低风险区主要包括两个区域:(1)额尔古纳与根河市的北部边缘;(2)阿巴嘎的大部分地区、正蓝旗一直向西南方向延伸至包头固阳县附近;由苏尼特左旗延西南方向延伸至乌拉特后旗、磴口地区以及阿拉善盟的全部地区位于火灾极低风险区。为了验证本研究风险评估与区划的结果,本文计算了火点个数与过火面积在四个风险等级区划的占比,得出90%以上的过火面积和火点落在高风险区和中风险区,说明构建的火灾风险评估模型具有较好的精度。考虑到火灾的自然属性,本文实现了基于栅格尺度上的火灾风险评估。与已有的内蒙古火灾风险区划相比,火灾风险的空间变化不再受行政单元的限制。通过以上研究分析,可以在一定程度上加深我们对于内蒙古的火灾发生和火灾风险变化的认识,为实现区域火灾风险的定量化研究,进行更高精度、更加精细化的火灾遥感监测、评估与预警以及火灾风险管理策略的制定等问题提供一定的科学依据。
【图文】：

特大火灾

1 引言1.1 研究背景与意义自从人类出现以后，就开始了对火的使用。火是人类文明进程中重要的发明之一。然而，火一旦失去控制，便会对自然资源、生态环境以及人类财产带来无法估量的影响，从而酿成灾害。由于火灾具有突发性强、破坏性大、发生频繁、救助困难的特征，使其成为了世界性的重大自然灾害之一[1]。例如，1987 年 5 月 6 日，在大兴安岭林区发生的重大火灾造成过火面积 101 万 ha，烧毁房舍 61.4 万 m2，桥涵67 座，铁路专用线 9.2km，受灾群众 5 万多人，死亡 193 人，受伤 226 人，火灾直接经济损失高达 5 亿元（图 1a）；2007 年 8 月 23 日发生在希腊雅典北郊的重大山火，对当地的自然资源、生态环境以及社会财产造成严重破坏，甚至引发了当地政局的动荡（图 1b）。

照片,火烧迹地,樟子松,水泥厂

崩溃[9, 13-19]。图 2a 是 2016 年 3 月 29 日发生在锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗萨麦苏木的草原大火，图片显示大片草场遭到破坏、地面土壤焦化；图 2b 是 2016 年 10 月 19日作者在考察武川县冀东水泥厂附近的樟子松林时拍摄的照片，该场火起火时间为当年的 4 月中旬，起火原因为水泥厂野外施工作业引发。图中樟子松树龄为 15 年左右，经过火烧后，，大片樟子松出现整株烧毁、根部发黑的现象。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S762;S812.6

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