伊春地區(qū)森林火災時空分布格局1)

胡海清 李 楠 孫 龍 單 琳

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

林火是顯著影響森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾因子［1］。在全球尺度上，它影響著地球生物化學循環(huán)，在大氣的化學循環(huán)和碳循環(huán)中起著及其重要的作用［2］。過去的100 a中，人為引起的林火頻率和強度顯著增加［3］。對于林火的歷史和格局的研究一直是林火研究的重要領(lǐng)域，因為它深刻地影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的過程和陸地森林景觀的結(jié)構(gòu)［4］。伊春林區(qū)是我國最大的國有林區(qū)和闊葉紅松林的集中分布區(qū)，對調(diào)節(jié)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡以及維持區(qū)域生態(tài)安全具有重要作用。伊春林區(qū)在過去的38 a間，共發(fā)生森林火災1 048起，火災燒毀面積3.2×105hm2，對區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)造成了很大的影響。目前關(guān)于林火時空格局的研究已有報道，主要集中于火災較為集中的區(qū)域，如黑龍江?。?－6］、大興安嶺的塔河地區(qū)［7－8］、西藏自治區(qū)［9］等，而對伊春地區(qū)林火分布格局及發(fā)生規(guī)律的研究尚未見報道。因此，筆者在對區(qū)域火災資料整理和統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，研究了林火的時空分布格局以及發(fā)生規(guī)律，旨在為伊春地區(qū)森林火災預防以及預測預報研究提供科學依據(jù)［10］。

1 研究地區(qū)概況

伊春位于中國黑龍江省東北部小興安嶺腹地的湯旺河流域(N46°28＇～49°21＇，E127°42＇～ 130°14＇)，屬全國重點國有林區(qū)。行政區(qū)劃面積32 872 km2，林地2 846 270.3 hm2，森林覆被率83.4%，森林類型以闊葉及其混交為主，活立木總蓄積2.44億m3。該區(qū)屬北溫帶大陸性季風氣候區(qū)，在黑龍江省氣候分區(qū)圖上為小興安嶺寒冷多雨區(qū)，年平均氣溫－1～1℃。全市氣候分為3個分區(qū)。北溫帶溫暖多雨區(qū)，主要是翠巒區(qū)的解放與南岔、晨明一線以南地區(qū)，該區(qū)年降水量為650～750 mm，年平均氣溫1.2℃;北溫帶溫涼少雨區(qū)，為解放、南岔、晨明以北，嘉蔭縣沿江平原以南地區(qū)，該區(qū)年降水量590～650 mm，年平均氣溫1.0℃;北溫帶溫和少雨區(qū)，主要是嘉蔭縣沿江平原地區(qū)，該區(qū)年降水量590 mm，年平均氣溫1℃。四季氣溫特征為春季、夏季溫熱多雨，秋季雨季短暫，升、降溫快，大風天多，冬季寒冷漫長［11］。

2 研究方法

2.1 資料收集

收集以下資料:伊春地區(qū)1970—2010年的森林火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括火災發(fā)生時間、撲滅時間、火點的地理坐標、起火原因和過火面積等，由于資料數(shù)據(jù)缺失，1979、1997及2000年無火災統(tǒng)計數(shù)據(jù);伊春地區(qū)行政區(qū)劃圖。

2.2 計算方法

森林火災輪回期是指某地區(qū)森林完全火燒一遍所需要的時間。它同火災發(fā)生的概率反映了森林火災在該地區(qū)的發(fā)生頻率，火燒后植被的破壞程度以及恢復所需要時間的公式如下［12］:

式中:Fc為火災輪回期(a);S為研究區(qū)域面積(hm2);Sa為平均每年過火面積(hm2·a－1)。

火災發(fā)生初始概率計算公式如下:

式中:P為火災發(fā)生初始概率，F(xiàn)c為火災輪回期(a)。

2.3 地理空間數(shù)據(jù)庫的建立

利用地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO數(shù)字化伊春地區(qū)的行政區(qū)劃圖。根據(jù)森林火災發(fā)生位置的地理坐標建立火災空間分布圖層。并將該圖層與行政區(qū)劃圖疊加，繪制火災發(fā)生空間行政區(qū)劃分布圖。

質(zhì)心是描述空間目標分布的最有用的單一量算量，火場的質(zhì)心是火場的平均位置，是火場空間分布的平衡點，計算公式如下［13－14］:

其中:i是離散的火點位置，Wi為該火點的權(quán)重，代表該火點與火場邊界的距離。Xi、Yi為火點坐標。由于收集到的伊春地區(qū)火災數(shù)據(jù)缺乏相應的火場形狀數(shù)據(jù)，以火災發(fā)生記錄的經(jīng)緯度為中心作圓緩沖區(qū)，使緩沖區(qū)面積與火災面積相等，近似算出每年發(fā)生的林火火場質(zhì)心的經(jīng)緯度坐標。

2.4 火險等級的劃分

森林火災等級參照《森林防火條例》第四十條規(guī)定(2008年修訂):根據(jù)森林火災過火面積分為一般森林火災(小于1 hm2)、較大森林火災(1～100hm2)、重大森林火災(100～1 000 hm2)和特別重大森林火災(大于1 000 hm2)，條款所稱“以上”的包括本數(shù)，其中“以下”不包括本數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林火時間分布特征

3.1.1 年際變化

次數(shù)年際變化:伊春地區(qū)38 a共計發(fā)生森林火災1 048次。人為火源811次，占總次數(shù)的77.39%。一般森林火災404次，占總次數(shù)的38.55%，年平均約10次;較大森林火災509次，占總次數(shù)的48.57%，年平均約13次;重大森林火災104次，占總次數(shù)的9.92%，年平均約為3次;特重大森林火災31次，占總次數(shù)的2.96%，年平均近1次。因此，一般森林火災和較大森林火災為伊春地區(qū)森林火災的主要類型。

表1是伊春地區(qū)森林火災次數(shù)的年際變化?；馂牡陌l(fā)生可劃分為兩個階段，1970—1978年為火災高發(fā)期，年平均火災73次，其中1976年出現(xiàn)最大值，當年發(fā)生森林火災共計124次。1980—2010年火災次數(shù)呈明顯的減少趨勢，年平均火災僅為13次。

面積年際變化:伊春地區(qū)38 a總過火面積為320 959.07 hm2，年平均過火面積為8446.3hm2。其中雷擊火總面積為1 036.76 hm2，占總過火面積的0.32%，年平均27.3 hm2;人為火總面積為166 483.3 hm2，占總過火面積的51.87%，年平均4 381.14 hm2，是林火面積的主體;不明火源的林火面積為148 215 hm2，占總面積的 46.18%，年平均 3 900.415 hm2，不明火源中大部分也為人為火。

表1為伊春地區(qū)森林火災面積的年際變化，由于面積的年際變化差異較大，所以我們采用百分比的形式，即使用年過火面積占總林火面積和年人為火面積占總?cè)藶榛鹈娣e的百分數(shù)與火災年份制圖。1970—1978年也為火災面積較大的高發(fā)期，年平均過火面積為34 292.12 hm2，其中1976年出現(xiàn)過火的最大面積，當年的火災面積為183 927.55 hm2，占38 a總面積的57.4%。1980—2010年火災面積為12 329.95 hm2，年平均火災僅為425.17 hm2遠遠低于總的平均值。人為林火面積的年際變化同總林火面積類似，人為火面積的年際變化也可以分為兩個時段，1970—1978年和1980—2010年，其中1976和1978年是人為火災面積較大的兩個年份，兩年的總和占到了人為火總面積的57.5%，超過半數(shù)以上。

表1 伊春地區(qū)1970—2010年森林火災次數(shù)與面積的年際變化

火災輪回期及初始概率:林火災輪回期是一種表示森林火災次數(shù)和面積的方法，反映森林火災發(fā)生頻度及年平均火災面積的大小。它對該林區(qū)森林演變，森林樹種組成及其結(jié)構(gòu)都有影響，是判斷森林火災的重要指標之一。火災發(fā)生的概率可表示火災發(fā)生可能性的一個量，可以根據(jù)火災輪回期計算得出。通?；馂妮喕仄诟?，則火災發(fā)生的概率就小。

用總過火面積計算伊春地區(qū)的火災輪回期，通過38 a的火災數(shù)據(jù)得出伊春地區(qū)森林火災輪回期為389 a;根據(jù)火災次數(shù)和面積的年際變化規(guī)律，分別計算出1970—1980年火災輪回期為96 a，也說明了這一階段為火災的高發(fā)階段;1980—2010年火災輪回期為7 731 a，火災輪回期延長。通過火災輪回期進一步計算得出，火災發(fā)生的概率從1970—1980年的0.01 下降到1980—2010 年的0.000 13。

次數(shù)與面積的相關(guān)性:1970—2010年38 a總林火次數(shù)和林火面積的相關(guān)系數(shù)為0.408，在0.01水平上顯著;人為火次數(shù)與人為火面積的相關(guān)系數(shù)為0.349，在0.01水平上顯著。這些表明總林火和人為火的次數(shù)和面積正相關(guān)。雷擊火次數(shù)與面積的相關(guān)系數(shù)僅為0.095，不相關(guān)。

3.1.2 季節(jié)變化

伊春地區(qū)森林火災的發(fā)生主要在3—6月和9、10月，12月無森林火災發(fā)生。表2是38 a間林火的次數(shù)和面積在季節(jié)中的分布。總林火次數(shù)和面積主要集中在4、5、9、10月份。雷擊火主要發(fā)生在5、6月份，面積集中在5、9月份。

表2 伊春地區(qū)1970—2010年森林火災季節(jié)分布

圖1 伊春地區(qū)1970—2010年總森林火災及雷擊火災空間分布

3.2 林火空間分布格局

3.2.1 林火次數(shù)空間分布

為了便于直觀地揭示伊春地區(qū)森林火災分布情況，利用地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO根據(jù)火災發(fā)生的火點坐標結(jié)合伊春地區(qū)行政區(qū)劃圖來確定伊春地區(qū)林火的空間分布情況(圖1)。38 a間共計發(fā)生森林火災1 048次。除嘉蔭縣無鐵路外，其他地區(qū)森林火災沿鐵路線兩側(cè)分布較為明顯，是火災的高發(fā)區(qū)，這顯然是由于機車跑火及閘瓦火造成的。因此在鐵路線兩側(cè)開設(shè)防火隔離帶應該是一項比較可取的辦法，是伊春地區(qū)森林防火工作的重點之一。雷擊火38 a間共發(fā)生36次，年均僅為1次左右，其中大部分雷擊火發(fā)生在鐵力市內(nèi)，其他地區(qū)遭遇雷擊火的次數(shù)較少。

3.2.2 林火空間位移

根據(jù)計算分別統(tǒng)計火場質(zhì)心數(shù)據(jù)，以火場質(zhì)心經(jīng)度為橫坐標，緯度縱坐標，繪制出火場質(zhì)心在空間分布的趨勢線。伊春地區(qū)林火火場質(zhì)心分布的擬合曲線為:y=1.398x－132.5，R2=0.516。式中x為經(jīng)度，y為緯度?？梢钥闯隽只鸹饒鲑|(zhì)心則以擬合曲線為中心呈帶狀分布，質(zhì)心相對集中。同時根據(jù)經(jīng)緯度分別做出質(zhì)心隨年份的波動曲線(圖2)。火場質(zhì)心的分布中心為129.25°W、48.14°N。伊春地區(qū)在經(jīng)度上波動的最大值為129.73°W，最小值為128.81°W，經(jīng)度變化在1 度范圍內(nèi);在緯度上波動的最大值為49.07°N，最小值為47.23°N，緯度變化在2度范圍內(nèi)，火場的質(zhì)心在空間上的位移不是十分明顯。

3.3 火源分析

根據(jù)38 a火災數(shù)據(jù)統(tǒng)計，共發(fā)生火災1 048次，其中雷擊火源36次，占總次數(shù)的3.44%，年平均0.9次;復燃火源8次，占總次數(shù)的0.76%，年平均0.2次;占森林火災發(fā)生主體的是人為火源，為811次，占總次數(shù)的77.39%，年平均21.3次。雷擊火源比例高于全國森林火災中的比例(＜1%)，但與大興安嶺地區(qū)同時期36.84%相比差異較大［15］，由于當?shù)貧夂蚣盎鹄讚艋鸢l(fā)生的特點的原因，這一火因在伊春地區(qū)并不明顯。在已查明火源的855次火災中，主要由生產(chǎn)、生活用火中的機車跑火193次、吸煙266次和燒荒119次組成。三者所占已查明火源次數(shù)的比例分別為22.57%、31.11%和13.92%。在全國森林火災火源統(tǒng)計的比例中上墳燒紙占10%，而伊春地區(qū)38 a間僅為12次，比例為0.15%，也不是生活用火中的主要原因。

圖2 伊春地區(qū)火場質(zhì)心在經(jīng)度和緯度方向的分布

4 結(jié)論

根據(jù)伊春地區(qū)38 a森林火災數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，火災的年際間波動較大，1970—1978年為火災高發(fā)階段，1980—2010年有明顯的減少趨勢。4、5、9、10月份是伊春地區(qū)森林火災的高發(fā)期，火災發(fā)生的次數(shù)集中在4月、5月份，面積集中在4、10月份，一般森林火災和較大森林火災是火災的普遍程度?；馂妮喕仄诔试黾拥内厔?，發(fā)生的初始概率降低，呈兩個明顯的時段，結(jié)果與火災發(fā)生的次數(shù)與面積的特點相符合。這樣的分布特點和該地區(qū)的氣候特征及可燃物分布決定了伊春地區(qū)的防火期主要是春季和秋季。森林火災的發(fā)生位置沿鐵路線分布較為明顯，而且相對集中，這是由森林火災的主要火源中生產(chǎn)用火所引起的。除此之外生活用火中吸煙和燒荒是引起森林火災的主要原因。因此根據(jù)森林火災發(fā)生的規(guī)律和特點，針對當?shù)鼐用穹e極開展森林防火教育，提高其防止森林火災的風險意識，這些對減少人為火源非常重要。

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