林火風(fēng)險、過程與評估遙感模型與方法研究

鄭 忠

1. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083； 2. 成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225

世界范圍人口數(shù)量的急劇增長及人類社會的快速工業(yè)化，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的安全性面臨嚴(yán)重威脅。特別是由于人為因素、全球氣候變化和政府政策等多種因素共同導(dǎo)致的森林火災(zāi)在全球范圍內(nèi)頻繁爆發(fā)，對森林生態(tài)系統(tǒng)和人民生命財產(chǎn)的安全產(chǎn)生著重要影響。因此，基于遙感模型與方法，開展森林火災(zāi)風(fēng)險、過程與評估的相關(guān)研究，揭示其時空特征規(guī)律，進(jìn)而制定合理、有效的森林火災(zāi)防控和管理措施，已成為本領(lǐng)域當(dāng)今全球相關(guān)研究人員共同面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)之一。為此，本文在深入分析目前常規(guī)林火風(fēng)險預(yù)測方法相關(guān)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了定量集成基于遙感數(shù)據(jù)多種指標(biāo)變量的林火風(fēng)險預(yù)測方法；在傳統(tǒng)元胞自動機理論框架下，提出適用于多特征區(qū)域林火蔓延過程模擬的元胞自動機模型；在分析目前單時相、差分、相對差分類型光譜指數(shù)精度的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于地表溫度和植被特征的新型林火烈度綜合評估指數(shù)，并從提高林火烈度空間分布制圖精度的角度，構(gòu)建了基于支持向量回歸的林火烈度空間分布制圖模型。以期為相關(guān)的科學(xué)研究和應(yīng)用管理提供一定的理論基礎(chǔ)和決策支持。其主要研究成果如下：

(1) 基于遙感數(shù)據(jù)獲取的定量度量區(qū)域未來林火發(fā)生可能性指標(biāo)變量，構(gòu)建了一種能夠定量集成多種指標(biāo)變量的新的林火風(fēng)險預(yù)測方法。該方法能夠避免人為因素導(dǎo)致林火風(fēng)險預(yù)測中出現(xiàn)的不確定性，該方法具有較強的通用性，能夠簡便、快速、客觀地預(yù)測區(qū)域林火風(fēng)險。

(2) 在傳統(tǒng)元胞自動機理論框架下，通過引入相鄰區(qū)域的歷史林火數(shù)據(jù)，采用極限學(xué)習(xí)機構(gòu)建局部鄰域轉(zhuǎn)換規(guī)則，構(gòu)建適用于多特征區(qū)域林火蔓延過程模擬的元胞自動機模型。該模型不需要進(jìn)行前期復(fù)雜的理論研究和局部參數(shù)優(yōu)化過程，應(yīng)用簡單、有效、適應(yīng)性強，并在一定程度上，提高目前的林火蔓延過程模擬的精度。

(3) 從光譜指數(shù)構(gòu)建方式差異的角度，針對基于單時相、差分、相對差分類型光譜指數(shù)于林火烈度信息提取效果的分析和評價，為基于光譜指數(shù)的林火烈度分析提供了一定的理論指導(dǎo)和借鑒。

(4) 基于多時相Landsat TM/ETM+遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一種基于地表溫度和植被特征的新型林火烈度綜合評估指數(shù)。該指數(shù)能夠改善目前僅基于地表溫度遙感指標(biāo)的不足且提高基于遙感數(shù)據(jù)的林火烈度評估方法的精度。

(5) 構(gòu)建了一種基于支持向量回歸的新型林火烈度空間分布制圖模型。與現(xiàn)有的模型相比，該模型的制圖精度更高，且林火烈度空間分布制圖結(jié)果更加精細(xì)；特別在在訓(xùn)練樣本減少的情景下，該模型的制圖精度仍然高于傳統(tǒng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?/p>