湖南省森林火災空間建模研究.pdf

1、森林是人類寶貴的物質(zhì)財富,是可再生的自然資源。發(fā)展和保護好這些資源,不僅關系到國家的經(jīng)濟建設事業(yè),也直接關系各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設和保護,這是一項功在當代,蔭及子孫的大事情。森林火災屬于世界性、跨國性的自然災害,對森林的破壞性極大,危害極深,造成的經(jīng)濟損失相當嚴重。
　　 湖南有林地11302萬畝,占湖南總面積的35.7％。森林覆蓋率為34.3％,大大超過全國平均水平。林業(yè)用地占湖南土地面積為57.4％,是我國南方重要的產(chǎn)材林基地

2、之一。同時湖南人口稠密,夏秋干旱較嚴重,形成的森林可燃物較多,生態(tài)環(huán)境較為脆弱。受全球氣候變暖的影響,湖南省高溫、干旱、大風等災害性天氣明顯增多,致使森林火險等級持續(xù)居高不下,森林火災發(fā)生數(shù)量、受害面積、因災傷亡人數(shù)大幅度上升,目前湖南森林防火工作正面臨70年來最為嚴峻的形勢,任務艱巨。
　　 本文綜述了國內(nèi)外森林火災模型的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。以生態(tài)學、林火科學和空間建模理論為指導,深入調(diào)查研究了湖南省社會經(jīng)濟、自然地理、森林防

3、火現(xiàn)狀。運用系統(tǒng)的自組織臨界特性、空間插值技術、空間聚類技術、數(shù)學方法、地統(tǒng)計學、地理信息系統(tǒng)和計算機技術,對湖南省森林火災空間模型進行了研建。研究的主要結(jié)論有:
　　 (1)湖南省森林火災的“頻數(shù)-面積”分布滿足很好的冪律關系,且這種冪律關系具有時間穩(wěn)定性和尺度不變性,即湖南省森林火災系統(tǒng)具有自組織臨界特性,在近似外界條件的影響下,它們具有相似或者相同的自組織臨界性特性參數(shù)。因此可以用某一區(qū)域森林火災的詳細的歷史數(shù)據(jù)來預測未來

4、火災的分布。本文從湖南省2000年到2004年的火災數(shù)據(jù)擬合的直線為log F=-1.17*logA+3.41,2005年到2009年的火災數(shù)據(jù)擬合的直線為logF=-1.17*logA+3.37。
　　 (2)運用空間插值技術將湖南省樣點林火數(shù)據(jù)由點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為面數(shù)據(jù)對林火空間分布進行研究。模型驗證結(jié)果表明:克里格插值法效果最好,反距離權(quán)重插值法比徑向基函數(shù)插值法好；反距離權(quán)重插值法,權(quán)重值為2效果最好；克里格插值法球型模型插值

5、效果好于環(huán)型模型。局部插值效果最好的球型析取克里格插值法建立的模型為:0.53688*Circular(1.2078)+0.44541*Nugget。整體插值效果最好的三次趨勢面模型為:
　　 z=-27730148.892+111399.756x+1129.665y-4.428x2+714613.395xy-2539.355y2-7.025x3-6061.715x2y+13.089xy+16.946y3
　　 建模結(jié)果

6、表明:湖南省2000-2009年的林火頻數(shù)在東南-西北,西南-東北方向呈反U型趨勢。二次趨勢面模型在空間上表現(xiàn)為拋物面模型,且以郴州-張家界一線為長軸,長沙-永州一線為短軸,形成了一橢圓形高值區(qū),并向四周發(fā)散降低。
　　 (3)將空間聚類技術引用到湖南林火空間建模研究工作中?？臻g聚類技術可以定量的判斷林地之間火災數(shù)據(jù)的相似程度,從而將林地歸類,克服了人為因素的干擾?？臻g聚類建模結(jié)果表明湖南省森林火災發(fā)生頻數(shù)在空間上具有較高的集聚

7、性,吉瑞C指數(shù)(Getis-Ord general G)統(tǒng)計顯著水平在5％以上,莫蘭Ⅰ指數(shù)統(tǒng)計顯著水平在1％以上(百分比越低越顯著)。集聚結(jié)果表明,湖南省中北部-中西部一線在這10年中常年林火頻數(shù)在68次以上,并隨著全省年林火總頻數(shù)的上升而增加；2002年以后,中西部、西南部成為林火高頻區(qū)域,年平均林火頻數(shù)在237次以上；2008年為林火高峰年,總頻數(shù)高達5076,其中邵陽一個地區(qū)就發(fā)生森林火災1093次；其次是2005年,這一年的林火

8、發(fā)生率達到2000年以來的高峰,林火總頻數(shù)為3138次。
　　 林火建模工作的大信息量、時效性等特點,對模型的質(zhì)量不斷提出更高的要求。隨著森林防火工作的不斷成熟完善,林火建模方法也在不斷發(fā)展。計算機技術尤其是地理信息技術的飛躍發(fā)展,為林火空間模型的實現(xiàn)提供了強大的技術支持。湖南森林火災受社會、經(jīng)濟、自然環(huán)境等多種因素的影響,森林防火是一項長期的、艱巨的工作。如何結(jié)合湖南森林火災特點,建立符合實際、具有高實效性的林火空間模型,是湖