云南山地野火分布空間格局探討

曾玉婷，曹國(guó)軍，陳 兵，趙 爽，葉江霞

(西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650233)

1 引言

森林是地球上物種最為豐富、功能效益最多樣的陸地生態(tài)系統(tǒng)，有著重要的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1，2]。我國(guó)森林資源地廣物稀，人均森林資源量匱乏，且在生長(zhǎng)過(guò)程中易受到多種因素影響，特別是野火的發(fā)生，由于其破壞性強(qiáng)、突發(fā)性高，不但會(huì)造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，而且會(huì)破壞瓦解森林的結(jié)構(gòu)和功能、釋放大量溫室氣體及顆粒物，污染環(huán)境。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年野火發(fā)生高達(dá)數(shù)十萬(wàn)次，每年平均燒毀森林面積約大于世界森林總面積的0.1%[3]。中國(guó)是火情頻發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，尤其是西南地區(qū)，作為中國(guó)第二大面積的林區(qū)，是全國(guó)林業(yè)建設(shè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)，也是全國(guó)森林防火的戰(zhàn)略重點(diǎn)。其中云南因其地形復(fù)雜、山高林密，植被類型豐富，針闊混交林分布集中且冬春氣候干燥多風(fēng)，野火發(fā)生頻繁。因此開(kāi)展野火時(shí)空格局探討，有利于做到早發(fā)現(xiàn)、早撲滅，了解野火發(fā)生時(shí)空格局是降低野火發(fā)生頻率的有效科學(xué)手段及重要舉措，對(duì)于科學(xué)防火、合理部署防火工作具有十分重要的意義。

研究統(tǒng)計(jì)表明：火點(diǎn)精度性對(duì)野火發(fā)生時(shí)空格局顯著影響，但在之前的野火分布格局相關(guān)研究中，多數(shù)學(xué)者多選用傳統(tǒng)MODIS數(shù)據(jù)、地面林火資料等作為火點(diǎn)數(shù)據(jù)源，夜間燈光遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用在野火發(fā)生時(shí)空格局方面的較少。如陳波基于MODIS數(shù)據(jù)分析了云南省2001～2008的森林火災(zāi)時(shí)空分布規(guī)律研究，并探討了森林火災(zāi)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)因素[4]；何雨苓根據(jù)1996～2013年的林火資料，對(duì)云南省林火時(shí)空動(dòng)態(tài)和分布規(guī)律進(jìn)行了研究[5]；張運(yùn)林等以中國(guó)林業(yè)信息網(wǎng)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)西南地區(qū)2001～2017年的林火特征進(jìn)行了探析[6]。新型數(shù)據(jù)源夜視燈光遙感分辨率更高，且在夜間無(wú)云時(shí)，能清晰捕捉城鎮(zhèn)燈光、漁船燈光、火點(diǎn)等可見(jiàn)光輻射源，提高了對(duì)較小火災(zāi)的檢測(cè)能力，并提供了更可靠的火災(zāi)周界估計(jì)，已被廣泛用于多種大范圍同步監(jiān)測(cè)中。

本文基于NPP/VIIRS火點(diǎn)數(shù)據(jù)源，對(duì)2016～2019年云南省的野火發(fā)生情況進(jìn)行初步分析，探究云南省野火發(fā)生格局分布，以期對(duì)云南省野火科學(xué)防控提供一定借鑒。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

2.1 研究區(qū)概況

云南省，簡(jiǎn)稱云或滇，位于祖國(guó)西南邊陲，北緯21°8′～29°15′，東經(jīng)97°31′～106°11′[7]，屬低緯度內(nèi)陸地區(qū)，山地高原地形，地勢(shì)西北高、東南低，自北向南階梯狀逐級(jí)下降，地勢(shì)崎嶇。有亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候、高原山地氣候等多種氣候，立體氣候特點(diǎn)顯著；年溫差小、日溫差大，氣溫隨地勢(shì)高低垂直變化明顯[8，9]；區(qū)域內(nèi)降水分布差異大，干濕季節(jié)分明；云南省也是火災(zāi)頻發(fā)和高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)

從NASA(https://earthdata.nasa.gov/active-fire-data)下載2016～2019年的基于夜間燈光遙感NPP/VIIRS的火點(diǎn)數(shù)據(jù)集，記錄了火燒時(shí)間、經(jīng)緯度坐標(biāo)、置信值等信息[10]。本文選取的NDVI數(shù)據(jù)集是MODIS數(shù)據(jù)的3級(jí)產(chǎn)品-MOD13A1數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)提供每16 d為一周期的500m空間分辨率的柵格歸一化植被指數(shù)(NDVI)[11](http://reverb.echo.nasa.gov/reverb)；MCD12Q1土地利用數(shù)據(jù)集(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)，該數(shù)據(jù)包含了17個(gè)主要土地覆蓋類型，包括11個(gè)自然植被類型，3個(gè)土地開(kāi)發(fā)和鑲嵌的地類和3個(gè)非草木土地類型定義類[12]。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 非火點(diǎn)、異常值剔除

本文非火點(diǎn)剔除主要根據(jù)以下3個(gè)方面：

(1)根據(jù)前人研究，一般認(rèn)為只有地表有植被的區(qū)域才可能發(fā)生火災(zāi)[13]，因此首先選取歸一化植被指數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定閾值：NDVI>0.1初步篩選剔除非火點(diǎn)；

(2)土地覆蓋數(shù)據(jù)，因?yàn)楸疚难芯繉?duì)象是山火，因此提取代表林地的土地類型：常綠針葉林、常綠闊葉林、落葉針葉林、落葉闊葉林、混交林，以及灌叢植被、草原、草地等共計(jì)11個(gè)土地類型；

(3)為最大限度地降低夜間燈光遙感火點(diǎn)探測(cè)的誤報(bào)，本文對(duì)置信度為“低”的火點(diǎn)一律做剔除處理[14]。

3.2 基于橢圓面擬合的云南省野火分布特征

以標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法對(duì)2016～2019年間云南省火點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散方向以及分布進(jìn)行分析，得到以分布中心、擴(kuò)散方向、分布面積及擴(kuò)散速度等橢圓特征參數(shù)如表1,得到各年度火點(diǎn)的分布數(shù)量及趨勢(shì)，如表2，從而進(jìn)一步分析云南省野火發(fā)生分布格局。

4 結(jié)果與分析

從表1中看出，4年間火點(diǎn)發(fā)生分布具有明顯的空間動(dòng)態(tài)性，是逐年變化的。扁率(長(zhǎng)短半軸之差與長(zhǎng)半軸之比)上來(lái)看[15]，扁率值越大越能代表其分布具有方向性變化，從2016～2018年，扁率逐年上升，2016年與2017年間差值不大，2018年扁率最大，達(dá)到0.414，具有明顯方向性變化，后至2019年方向變化趨勢(shì)減緩削弱，降低至0.304，這可能是因?yàn)槭?nèi)近年大力加強(qiáng)林火防控措施的原因?；跈E圓面擬合的火點(diǎn)分布橢圓長(zhǎng)軸基本集中在東西方向上，分布趨勢(shì)基本保持一致，只橢圓軸角度有所差異，如2016年軸旋轉(zhuǎn)角度93.148°，主要分布在正東略偏南方向，至2017年有大幅度偏南的趨勢(shì)，約有9°～10°的偏移度，但至2018年以及2019年，軸旋轉(zhuǎn)角度又有所回緩，基本與2016年方向一致，表明云南省東南向是火點(diǎn)主要分布方向。

表1 云南省火點(diǎn)擴(kuò)散特征參數(shù)

從表2可見(jiàn)，云南省各州市火點(diǎn)發(fā)生并不呈明顯規(guī)律性，2016～2019年云南省內(nèi)各州市發(fā)生火點(diǎn)數(shù)每年皆浮動(dòng)變化，增加減少不定。但火點(diǎn)分布密集區(qū)較規(guī)律，文山、紅河一帶是火點(diǎn)主要發(fā)生區(qū)，其后依次是玉溪、普洱、曲靖、麗江、大理、西雙版納、昆明等區(qū)域，總的來(lái)看主要集中在滇東南、滇南一帶，以及滇中地區(qū)的昆明安寧區(qū)域等，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)較為頻繁，這與上述中的基于橢圓面擬合的火點(diǎn)分布結(jié)果也是一致的，因此，這些區(qū)域應(yīng)該作為省內(nèi)林火防控的重點(diǎn)防控區(qū)域。

表2 云南省2016～2019年火點(diǎn)分布

5 討論與不足

根據(jù)討論得出以下結(jié)論：

(1)云南省2016～2019年火點(diǎn)發(fā)生具有明顯空間動(dòng)態(tài)性，逐年變化；

(2)火點(diǎn)分布趨勢(shì)主要在東西方向上，紅河、文山等滇南、滇東南地區(qū)以及部分滇中區(qū)域是火點(diǎn)主要聚集熱點(diǎn)區(qū)，應(yīng)該加強(qiáng)在這些區(qū)域的林火科學(xué)防控。

尚存不足：

(1)研究區(qū)火點(diǎn)時(shí)間年份較少，后續(xù)可以進(jìn)行多年份火點(diǎn)對(duì)比，提高樣點(diǎn)數(shù)，增加精度；

(2)本研究只是對(duì)火點(diǎn)發(fā)生分布進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，后續(xù)可以進(jìn)一步深入進(jìn)行火發(fā)生驅(qū)動(dòng)因素的分析。