2003—2018年中國森林火災(zāi)時(shí)空分布格局研究

曾雪艷，楊金明，李士美

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與林學(xué)院，山東 青島 266109)

森林火災(zāi)是突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置較為困難的自然災(zāi)害之一[1-2]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，2003—2012年間全球森林每年過火面積為 6 700 萬hm2，約占全球森林總面積的1.7%[3]。近年來，受氣候變化、人為活動(dòng)等多因素的影響，森林火災(zāi)火險(xiǎn)期提前并延長，全球森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、受害面積呈增加態(tài)勢(shì)[4-6]。探究森林火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律與時(shí)空分布格局，是森林火災(zāi)預(yù)測(cè)、火災(zāi)管理的前提和基礎(chǔ)，且一直是國內(nèi)外森林火災(zāi)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[7-9]。例如，Wang和Anderson[10]采用核函數(shù)(kernel function)評(píng)估了加拿大艾伯塔省雷電和人為森林火災(zāi)起火地點(diǎn)分布的時(shí)空格局。蘇立娟等[11]根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，運(yùn)用主成分分析和聚類分析等方法，分析了1950—2010 年中國森林火災(zāi)的時(shí)空特征，并根據(jù)災(zāi)情指標(biāo)對(duì)全國各省份進(jìn)行評(píng)價(jià)與分類。張穎和丁昱菲[12]根據(jù)2003—2016年森林火災(zāi)、森林病蟲害數(shù)據(jù)，借助主成分、聚類分析方法，分析了中國森林災(zāi)害的空間分布特征。在研究手段和方法上，森林火災(zāi)時(shí)空格局研究主要是基于森林火災(zāi)的歷史發(fā)生數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間分析、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)等手段分析森林火災(zāi)發(fā)生的時(shí)空格局，其研究尺度涉及全球、國家和局地等多級(jí)尺度[5,8,13,14]。

為全面掌握全國自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)狀況，提升綜合防范自然災(zāi)害的能力，第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作于2020—2022年開展。普查工作涵蓋地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)害、水旱災(zāi)害、森林和草原火災(zāi)等自然災(zāi)害類型。準(zhǔn)確掌握自然災(zāi)害發(fā)生的底數(shù)與分布格局，是客觀認(rèn)識(shí)區(qū)域?yàn)?zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)水平的基礎(chǔ)，其成果可為各級(jí)政府有效開展自然災(zāi)害防治和應(yīng)急管理工作提供科學(xué)決策依據(jù)?；诖?，本文根據(jù)2003—2018年的全國森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全面分析中國森林火災(zāi)按省份發(fā)生的時(shí)空格局，定量分析其統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，旨在為森林火災(zāi)預(yù)測(cè)、管理和風(fēng)險(xiǎn)決策提供基礎(chǔ)支撐。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒(2004-2019)》。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包含31省份2003—2018年歷年森林火災(zāi)發(fā)生的總次數(shù)、一般火災(zāi)次數(shù)、較大火災(zāi)次數(shù)、重大火災(zāi)次數(shù)、特別重大火災(zāi)次數(shù)、火場(chǎng)總面積、受害森林面積等。特別說明，2009年之前的《森林防火條例》將森林火災(zāi)級(jí)別分為森林火警、一般森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)和特大森林火災(zāi)；2009年修訂的《森林防火條例》將森林火災(zāi)界定為一般森林火災(zāi)、較大森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)和特別重大森林火災(zāi)。為便于前后銜接，將2003—2008年的“森林火警”和“一般森林火災(zāi)”分別等同于2009年之后的“一般森林火災(zāi)”和“較大森林火災(zāi)”統(tǒng)計(jì)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

受氣候條件、人為活動(dòng)、可燃物特性等多種因素的影響，森林火災(zāi)的發(fā)生具有明顯的隨機(jī)性和突發(fā)性。對(duì)于森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析，以往主要是采用單一的平均值指標(biāo)分析森林火災(zāi)格局，但由于平均值易受極端值的影響，導(dǎo)致分析結(jié)果難以客觀反映森林火災(zāi)發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律[15]。通常，組內(nèi)數(shù)據(jù)之間的差異程度較小，采用平均值即有較好的代表性；而組內(nèi)數(shù)據(jù)之間的差異程度較大，特別是有極大或極小值的情況，采用中位數(shù)或眾數(shù)有較好的代表性。本文分別采用平均值和中位數(shù)衡量數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)，采用變異系數(shù)反映數(shù)據(jù)的離散程度。

聚類分析采用K均值聚類方法。將森林火災(zāi)總次數(shù)、一般森林火災(zāi)、較大森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)、特別重大森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和火場(chǎng)總面積、受害森林面積、傷亡人數(shù)、其他損失折款等指標(biāo)的平均數(shù)、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差作為聚類指標(biāo)，最大迭代次數(shù)取10次。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析和聚類分析使用SPSS statistics軟件，繪圖運(yùn)用Origin軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林火災(zāi)總次數(shù)的時(shí)空格局

2003—2018年，全國共發(fā)生森林火災(zāi) 111 446 次，平均數(shù)和中位數(shù)分別為為6 965.4 次和 5 634.0 次。按照由大到小的順序，平均數(shù)和中位數(shù)居于前列的分別是湖南、貴州、廣西、湖北、河南和云南，且均表現(xiàn)為中位數(shù)低于平均值，間接反映了期間森林火災(zāi)年發(fā)生次數(shù)呈現(xiàn)右偏分布(圖1)。森林火災(zāi)總次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)均小于100次的為海南、重慶、河北、陜西、黑龍江等17省份。云南、浙江、四川、福建、江西、廣東、安徽、遼寧、內(nèi)蒙古等9省份的森林火災(zāi)年發(fā)生總次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)介于110.5～363.9次。在31省份中，天津、江西和福建等3省份森林火災(zāi)總次數(shù)的變異系數(shù)大于1，僅有青海、廣西、新疆、內(nèi)蒙古、四川和上海的變異系數(shù)小于0.5且大于0.3，這說明其森林火災(zāi)的發(fā)生具有極強(qiáng)的隨機(jī)性和離散性。例如，2018年湖南發(fā)生森林火災(zāi)高達(dá) 5 053 次，而2015年低至51次。從中位數(shù)與平均數(shù)的比值來看，只有內(nèi)蒙古和西藏的比值大于1；吉林、廣西、寧夏、河南等4省份比值接近于1，其他省份均是中位數(shù)小于平均數(shù)。因而，通過森林火災(zāi)總次數(shù)的平均數(shù)來反映森林火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)導(dǎo)致部分省份評(píng)估結(jié)果偏高。

圖1 森林火災(zāi)年發(fā)生總次數(shù)的分布格局

2.2 各級(jí)別森林火災(zāi)次數(shù)的時(shí)空格局

2003—2018年，全國共發(fā)生特別重大森林火災(zāi)29次，其中黑龍江和內(nèi)蒙古分別發(fā)生15次和14次，僅2003年兩省就發(fā)生7次。同期，全國共發(fā)生重大森林火災(zāi)175次，其中內(nèi)蒙古、福建、湖南和浙江等4省份占比為61.14%，而四川、黑龍江和貴州等13省份占比為38.86%，其余省份未有重大森林火災(zāi)發(fā)生。由此可見，特別重大森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)的發(fā)生省份相對(duì)集中。

2003—2018年，全國共發(fā)生一般森林火災(zāi) 65 436 次，發(fā)生次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)分別為 4 089.8 次和 3 332.5 次。其中，湖南一般森林火災(zāi)的年均發(fā)生次數(shù)最多，為763.5次，貴州次之，為668.3次。然而，就一般森林火災(zāi)次數(shù)的中位數(shù)而言，貴州省最多，為532.5次，其次為湖南(453.0次)。此外，僅湖北、河南、廣西、四川和云南一般森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)均超100次。其余24省份一般森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)低于100次(圖2)。除上海外，四川一般森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的變異系數(shù)最低，為0.36；江西最高，為1.35。就一般森林火災(zāi)的中位數(shù)與平均數(shù)的比值而言，僅有廣西、西藏和吉林3省份的比值略大于1，其他28省份的中位數(shù)均小于平均數(shù)。

圖2 一般森林火災(zāi)年發(fā)生總次數(shù)的分布格局

對(duì)較大森林火災(zāi)年發(fā)生次數(shù)的平均數(shù)排序，發(fā)現(xiàn)其分布格局與一般森林火災(zāi)次數(shù)的平均數(shù)分布規(guī)律存在明顯區(qū)別(圖3)。較大森林火災(zāi)年均發(fā)生次數(shù)最高的是湖南，其平均數(shù)和中位數(shù)分別為724.6次和531.0次，遠(yuǎn)高于列第二位的貴州，其平均數(shù)和中位數(shù)分別為295.5次和231.0次。廣西、浙江、福建、江西、云南和廣東等6省份的較大森林火災(zāi)次數(shù)的平均數(shù)和中位數(shù)也均超百次。31省份中，僅有云南較大森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的中位數(shù)大于平均數(shù)。除上海以外的30省份中，內(nèi)蒙古發(fā)生較大森林火災(zāi)次數(shù)的變異系數(shù)最小，為0.38，最高的為天津，其變異系數(shù)高達(dá)1.79，這反映了內(nèi)蒙古較大森林火災(zāi)的概率較大，而天津發(fā)生較大森林火災(zāi)的概率較小，存在突發(fā)性。

圖3 較大森林火災(zāi)年發(fā)生總次數(shù)的分布格局

2.3 火場(chǎng)面積與受害森林面積時(shí)空格局

2003—2018年，全國森林火災(zāi)火場(chǎng)總面積為328.95萬hm2，年均火場(chǎng)面積20.56萬hm2。其中，黑龍江和內(nèi)蒙古分別占52.05%和13.30%，湖南、云南、廣西、貴州占比為4.48%～4.88%，以上6省份合計(jì)占全國火場(chǎng)年均總面積的84.01%。然而，由于特別重大森林火災(zāi)等極端值的影響，森林火災(zāi)火場(chǎng)面積中位數(shù)的分布格局與平均數(shù)分布格局存在顯著差異。2003—2018年，火場(chǎng)面積中位數(shù)最高的為云南，占全國火場(chǎng)面積中位數(shù)的15.97%；其次為黑龍江，占12.16%。云南、黑龍江、湖南、廣西和內(nèi)蒙古火場(chǎng)面積中位數(shù)累積占比為61.61%(圖4)。

圖4 火場(chǎng)面積時(shí)空格局

2003—2018年，全國森林火災(zāi)受害森林面積年均為 86 417.2 hm2，占火場(chǎng)面積的42.03%。其中，黑龍江、內(nèi)蒙古、湖南、福建、江西5省份受害森林面積累計(jì)占比為全國的84.38%，分省份依次占比為52.42%、17.47%、7.15%、4.18%和3.16%。但是，受害森林面積中位數(shù)的分布格局卻與平均數(shù)不盡一致，全國受害森林面積的中位數(shù)為 22 008.5 hm2，僅為受害森林面積平均數(shù)的25.47%。而且，受害森林面積中位數(shù)居于前列的省份依次為湖南、內(nèi)蒙古、云南、福建、浙江和廣西，相應(yīng)占比依次為21.66%、16.27%、9.01%、6.51%、6.45%和6.12%，其累計(jì)占比為66.02%(圖5)。

圖5 受害森林面積的分布格局

2.4 聚類分析

聚類分析結(jié)果表明，31省份可分為4類，其中第一類為內(nèi)蒙古；第二類為安徽、北京、甘肅、廣東、海南、河北、河南、湖北、吉林、江蘇、遼寧、寧夏、山東、山西、陜西、上海、四川、天津、西藏、青海、新疆、浙江、重慶等23省份；第三類為福建、廣西、貴州、湖南、江西和云南等6?。坏谒念悶楹邶埥?。內(nèi)蒙古和黑龍江各單列為一類，主要是因?yàn)槠渲卮笊只馂?zāi)和特別重大森林火災(zāi)次數(shù)多、火災(zāi)損失(包括火場(chǎng)總面積、受害森林面積、傷亡人數(shù)、其他損失折款)大；第二類23省份為森林火災(zāi)次數(shù)少、火災(zāi)損失小，且變動(dòng)幅度??；第三類6省份，森林火災(zāi)次數(shù)、火災(zāi)損失中等，但變動(dòng)幅度較大。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)2003—2018年的森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過分析火災(zāi)次數(shù)、火場(chǎng)面積和受害森林面積等指標(biāo)的集中趨勢(shì)和離散程度，全面揭示了中國森林火災(zāi)按省份發(fā)生的時(shí)空格局。結(jié)果表明，森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的平均數(shù)和中位數(shù)的分布格局不盡一致。就森林火災(zāi)總次數(shù)而言，平均數(shù)和中位數(shù)居于前列的是湖南、貴州、廣西、湖北、河南和云南，且均表現(xiàn)為中位數(shù)低于平均值。重大森林火災(zāi)和特別重大森林火災(zāi)集中在黑龍江和內(nèi)蒙古。一般森林火災(zāi)、較大森林火災(zāi)的平均數(shù)和中位數(shù)分布格局之間也存在明顯區(qū)別。薛昌穎等在研究北方冬小麥產(chǎn)量災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)類型的地理分布時(shí)，將災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)劃分為低(0～0.3)、中(0.3～0.5)、高(0.5～1.0)3個(gè)等級(jí)，而森林火災(zāi)次數(shù)的變異系數(shù)多在0.3以上[16]。中位數(shù)與平均數(shù)比值、變異系數(shù)等的分析結(jié)果也進(jìn)一步說明森林火災(zāi)具有極強(qiáng)的隨機(jī)性和離散性。森林火災(zāi)火場(chǎng)面積、受害森林面積中位數(shù)的分布格局與平均數(shù)分布格局存在顯著差異，火場(chǎng)面積居于前列的主要為黑龍江、內(nèi)蒙古、云南、湖南、廣西、貴州等，但其排序和占比明顯不同。綜合比較發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)省份森林火災(zāi)次數(shù)的中位數(shù)要低于平均數(shù)。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，當(dāng)一組數(shù)據(jù)分布不均勻并出現(xiàn)極端值時(shí)，用中位數(shù)作為總體的一般水平的代表具有較強(qiáng)的代表性。例如，當(dāng)前社會(huì)群體收入分配差距相當(dāng)大，用算術(shù)平均數(shù)、眾數(shù)作為收入狀況的代表，其代表性不強(qiáng)，說服力不夠[15]。而森林火災(zāi)的發(fā)生也具有極強(qiáng)的隨機(jī)性、離散性，個(gè)別年份存在極端值的情況，因而通過森林火災(zāi)總次數(shù)、火場(chǎng)面積和受害森林面積的平均數(shù)來反映森林火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果偏高。

以森林火災(zāi)總次數(shù)、一般森林火災(zāi)、較大森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)、特別重大森林火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)及火場(chǎng)總面積、受害森林面積、傷亡人數(shù)、其他損失折款等指標(biāo)的平均數(shù)、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差作為聚類指標(biāo)，將31省份分為4類。由于選取聚類指標(biāo)和分析方法的不同，分析結(jié)果與蘇立娟等[11]、張穎和丁昱菲[12]的研究結(jié)果存在差異。