黑龍江省草原火時空分布

魏云敏 孫家寶 袁強

摘要：? 本文主要以AQUA MODIS衛(wèi)星遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，應(yīng)用地理信息數(shù)據(jù)分析技術(shù)對黑龍江省2002～2017年草原火發(fā)生時間和空間變化進行分析，結(jié)果表明：從季節(jié)尺度變化分析，春季是黑龍江省草原火的高發(fā)期，過火面積最大，變化范圍為105.00～30130.25 km2，秋季次之，夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2；全省年際草原火面積平均為（9 374.17±9 812.97）km2，變化范圍為1 603.25～33 515.75 km2，存在極顯著增加趨勢；從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區(qū)域均在松嫩平原草原區(qū)齊齊哈爾和大慶。

關(guān)鍵詞：? 遙感影像；? 草原火；? 時空分布

中圖分類號：? ?S 762. 3? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0050 － 05

Temporal and Spatial Distribution of Grassland fires in Heilongjiang Province

WEI Yunmin SUN Jiabao** YUAN Qiang

（Heilongjiang Forest Protection Institue，? Heilongjiang Jiagedaqi 165000）

Abstract In this paper， AQUA MODIS satellite remote sensing image was used as the main data source， and geographic information data analysis technology was used to analyze the temporal and spatial changes of grassland fire occurrence in Heilongjiang Province from 2002 to 2017. The results showed that： from the analysis of seasonal scale variation， spring was the most frequent period of grassland fire in Heilongjiang Province， with the largest burning area in the range of 105.00-30130.25 km2， followed by autumn. Summer grassland fire area was smaller than spring and autumn， with the range of 17.00-1744.75 km2. The average annual grassland fire area of the whole province was 9374.17±9812.97 km2， and the variation range was 1603.25-33515.75 km2 with an extremely significant increasing trend. It could be seen from the spatial distribution that the concentrated distribution areas of fire points in spring， summer and autumn were Qiqihar and Daqing in Songnen plain.

Key words Heilongjiang province; grassland fire; temporal and spatial distribution

草原火災(zāi)是一種突發(fā)性的自然災(zāi)害，其破壞性大，給草原地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、社會安定帶來巨大影響，嚴重制約畜牧業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展，同時也對人民的生存環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅[ 1 ]。我國草原面積廣大，總草原面積416萬km2，占國土總面積的43.3％。我省現(xiàn)有草原面積207萬hm2，主要分布于松嫩平原、三江平原和中、北部的山區(qū)半山區(qū)，草原火災(zāi)時有發(fā)生[ 2 - 4 ]。近年來我省加強草原的保護工作，隨著退耕還草及禁牧等保護措施的開展，草原可燃物逐年積累，草原火災(zāi)發(fā)生的風險逐漸加大[ 3 - 4 ]。

據(jù)國外相關(guān)文獻報道，北美大草原火發(fā)生時間主要集中在冬季和早春[ 5 ]，而在北美洲西南部干旱草原火主要發(fā)生在晚春和夏初[ 6 - 7 ]。在我國，從時間差異上看，草原火集中在降水較少、風速較大的春、秋兩季。從地域分布上看，降水較少、風速較大的內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、青海和新疆等也是重特大草原火災(zāi)的發(fā)生地[ 2 ]。我國內(nèi)蒙古草原地區(qū)是草原火極為活躍的地區(qū)，關(guān)于內(nèi)蒙古草原火的時空格局及影響因子等方面已有一些研究報道[ 8 - 12 ]，包括呼倫貝爾草原火的季節(jié)變化規(guī)律[ 8 - 9 ]；新巴爾虎草原火的時空分布特點[ 10 ]；內(nèi)蒙古草原火的特點、危害、時空分布規(guī)律及主要影響因素[ 11 - 12 ]；中蒙邊境地區(qū)草原火的時空分布特征研究[ 13 ]等等。關(guān)于黑龍江省草原火的研究少見報道，而且這些研究大多集中在局部地區(qū)或較小時間跨度上，未能利用遙感影像在宏觀尺度上反映內(nèi)蒙古草原火的時空分布規(guī)律。因此，對黑龍江省草原火災(zāi)發(fā)生的時空分布格局進行分析，利用遙感影像研究其時空變化規(guī)律，為進一步開展草原火監(jiān)測預(yù)警、草原火生態(tài)等研究提供理論基礎(chǔ)，具有重要的科學意義，以期為森林草原管理部門開展草原火的預(yù)防治理工作提供指導(dǎo)和科學參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)域概況

黑龍江省介于121°11'～135°05'E，43°26'～53°33'N，氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候，雨熱同季，氣溫緯向變化明顯，由南向北遞減；濕度經(jīng)向變化明顯，由東向西遞減。全省年平均氣溫為-6～4℃，年極端最高溫為41.6℃，極端最低溫為-52.3℃；全年平均降水量400～600 mm，年日照時數(shù)一般在2 300～2 800 h；風能資源豐富，春季大風日最多，多發(fā)生在松嫩平原和三江平原。

黑龍江省草地主要分布在松嫩平原，草地類型以草甸類草地和干草地為主，草地植被覆蓋度平均約70%，以羊草（Leymus chinensis）、星星草（Puccinellia? tenuiflora）、野古草（Arundinella? anomala）、針茅（Stipa capillata）、冰草（Agropyron cristatum）等為主要優(yōu)勢種。

1. 2 數(shù)據(jù)來源及處理

1. 2. 1 地面監(jiān)測數(shù)據(jù)

本研究利用2次地面監(jiān)測火點數(shù)據(jù)驗證MCD64A1數(shù)據(jù)的精度，地面監(jiān)測地點和過火面積見表1。

1. 2. 2 地理信息數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（DEM）為SRTM地形產(chǎn)品V4.1版本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站（http：//www.gscloud.cn），空間分辨率為90 m。

研究所需省級行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來自于國家基礎(chǔ)地理信息中心（http：//www.ngcc.cn/ngcc/）的1∶25萬基礎(chǔ)地理信息，對數(shù)據(jù)進行拓補檢查，去除省界和縣界的間隙。地面觀測站位置數(shù)據(jù)為中國氣象局下發(fā)的矢量數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)的地理投影均轉(zhuǎn)換為WGS- 1984。

1. 2. 3 MCD12Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品

本研究基于MODIS的MCD12Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品（土地類型覆蓋產(chǎn)品）的“IGBP全球植被分類方案”的分類結(jié)果提取研究區(qū)自然植被分布范圍，該數(shù)據(jù)原始空間分辨率為500 m。研究中將MCD12Q1數(shù)據(jù)分類結(jié)果分為自然植被（森林、灌木林地、草地、濕地）和非自然植被（包括城市用地、農(nóng)田、水體和雪地）。

1. 2. 4 MCD64A1數(shù)據(jù)產(chǎn)品

MCD64A1數(shù)據(jù)是MODIS數(shù)據(jù)的燃燒面積累計月合成值產(chǎn)品，原始空間分辨率為500 m，包括燃燒日期、燃燒數(shù)據(jù)、質(zhì)量確認等5個文件。在燃燒日期文件中的DN值含義如表2。

把地面監(jiān)測的起火位置疊加到MCD64A1數(shù)據(jù)對應(yīng)日期的圖層上，結(jié)果顯示，2次起火位置均準確落入MCD64A1數(shù)據(jù)代表的燃燒點上，利用MCD64A1數(shù)據(jù)計算的燃燒面積分別為14.21 km2和20.56 km2，誤差率分別為-3.46%和-7.02%，可見MCD64A1數(shù)據(jù)可以作為分析東北地區(qū)火時空動態(tài)特征的數(shù)據(jù)源。為避免重復(fù)統(tǒng)計火點次數(shù)，把當年同一地點發(fā)生多次火點記錄記為1次。

本研究使用MODIS Reprojection Tool software（MRT）V4.0[ 14 ]進行影像的拼接、重采樣（統(tǒng)一空間分辨率為500m）和投影轉(zhuǎn)換（由Sinusoidal投影轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度投影）等預(yù)處理。

2 結(jié)果分析

2. 1 黑龍江省草原火分布時空變化

2. 1. 1 草原火的時間尺度差異

（1）季節(jié)尺度變化分析

四季劃分標準為：3～5月春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季，1月、2月和12月為冬季。分別統(tǒng)計2002～2017年春季、夏季和秋季黑龍江省草原過火面積時間變化特征（圖1），春季是草原火的高發(fā)期，過火面積最大，變化范圍為105.00～30 130.25 km2，平均為（5 990.48±8 146.33）km2，年際波動大，存在極顯著增加趨勢（P=0.016），而且2014年以后過火面積明顯增加；秋季草原過火面積小于夏季，變化范圍為131.00～10 687.50 km2，平均為（3 111.69±2 969.55）km2，年際波動大，存在顯著增加趨勢（P=? ?0.045），其中2014年和2015年秋季過火面積較大；夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2，平均為（272.00±396.89）km2，總體過火面積存在一定的減少趨勢（P=0.472），其中2007年夏季過火面積明顯高于其他年份，除去2007年外，其他年份的過火面積總體變化趨勢不顯著。

（2）年際尺度變化分析

草原火災(zāi)的發(fā)生受人為或氣候等多種因素的影響，每年會出現(xiàn)較大的波動[ 8 ， 11 ]。分析圖2可見，2002～2017年全省年際草原火面積平均為（9 374.17±9 812.97）km2，變化范圍為1 603.25～33 515.75 km2，存在極顯著增加趨勢（P=0.008 1），平均增加量為1 353.80 km2/a，其中2014年、2015年和2017年草原火面積明顯高于其他年份，變化范圍為2 38.75～33 515.75 km2，2003年和2012年相對較少。

2. 1. 2 草原火的空間分布特征

黑龍江省草原按草原類型、自然因素和行政界限等因素進行分類，分為松嫩平原草原區(qū)、三江平原草原區(qū)、山區(qū)半山區(qū)草原區(qū)三大平原區(qū)。圖3顯示了2002～2017年間黑龍江省全部草原火點的分布，分析可見，火點主要集中在齊齊哈爾和大慶所在區(qū)域，這也是全省草原分布最集中的區(qū)域。統(tǒng)計“圖3-全年”可見，全省在研究時間共有草原火點1 264個，其中松嫩平原草原區(qū)有1230個，山區(qū)半山區(qū)草原區(qū)有15個，三江平原草原區(qū)有19個。從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區(qū)域均在齊齊哈爾和大慶。

利用標準差橢圓方法分析2002～2017年黑龍江省草原火點分布的空間分布格局（圖4），從分布方向上看，草原整體以東-西方向為主導(dǎo)，方位角為64.70°，與草原分布地理中心的夾角為12.73°；空間分布中心（124.60°E，46.75°N）與黑龍江省地理中心（125.52°E，47.00°N）距離為75.23 km，位于地理中心的西南方向；軸比（極化橢圓的長軸與短軸的比值）為1.12，比草原分布軸比小0.41。

3 結(jié)論與討論

本文采用歷史草原火災(zāi)資料調(diào)查，結(jié)合TERRA 和 AQUA MODIS衛(wèi)星遙感影像的方法，對黑龍江省2002～2017年草原火發(fā)生時間和空間變化進行分析，主要結(jié)論如下：

3. 1 從季節(jié)尺度變化分析，春季是黑龍江省草原火的高發(fā)期，過火面積最大，變化范圍為105.00～? 30 130.25 km2，秋季次之，夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2；

3. 2 2002～2017年全省草原年平均過火面積為（9 374.17±9 812.97）km2，存在極顯著增加趨勢，其中2014年、2015年和2017年草原火面積明顯高于其他年份。春季是草原火的高發(fā)期，年平均面積為（5 990.48±8 146.33）km2，年際波動大，存在極顯著增加趨勢。

3. 3 從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區(qū)域均在齊齊哈爾和大慶。利用標準差橢圓方法分析2002～2017年黑龍江省草原火點分布的空間分異格局，從分異方向上看，草原火整體以東-西方向為主導(dǎo)。

黑龍江省是林業(yè)大省，全省森林面積2? 147萬hm2，森林覆蓋率47.3%，而草原面積207萬hm2，僅占全省國土總面積的4.4%，因此，黑龍江省草原研究工作沒有得到足夠重視，特別是草原火干擾方面研究資料相對較少，但黑龍江省草原在維護生物多樣性、景觀設(shè)計、畜牧業(yè)發(fā)展等方面起到了重要的作用，因此，必須加強草原保護和監(jiān)測，防止草原火的發(fā)生，減少草原火對環(huán)境、財產(chǎn)造成的損失。

在本研究中利用遙感影像只分析了黑龍江省草原火的時空分布，由于設(shè)計和條件的限制，未對其影響因素進行分析，而影響因素對草原火的防治過程起到了重要作用[ 8? ， 14 - 15 ]，在以后的研究逐步加入氣候因子、人為因子等影響因素，使黑龍江省草原時空分布分析更完善。

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