山東省森林火災(zāi)時(shí)空分布及火源特征研究

呂常笑 秦乃花 李 萍 崔曉坤 張園利 吳 可★

（1.山東省國土空間規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南新綠豪設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

森林火災(zāi)使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生動態(tài)變化[1-3]，并在很大程度上影響了環(huán)境健康、人類生活和區(qū)域經(jīng)濟(jì)[4-5]。全球每年發(fā)生森林火災(zāi)約22 萬次，每年森林燃燒面積達(dá)3.5×106hm2，每年的最大火災(zāi)規(guī)模和燃燒面積也都出現(xiàn)上升趨勢[6-7]。因此，森林火災(zāi)長期以來一直是生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)，并作為全球環(huán)境變化的一個(gè)組成部分而日益受到關(guān)注[8-9]?；馂?zāi)特征通常包括火災(zāi)頻率、規(guī)模和模式[10]?；馂?zāi)頻率是指在特定時(shí)間段內(nèi)特定區(qū)域內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)事件數(shù)量[11-12]；火災(zāi)規(guī)模是指燃燒面積的大小，火災(zāi)模式是關(guān)于燃點(diǎn)或燃燒斑塊的空間分布模式[13]。我國對森林火災(zāi)的發(fā)生、影響因素和分布特征進(jìn)行了一些研究。有學(xué)者[14]研究了黑龍江省森林火災(zāi)動態(tài)，并分析了影響火災(zāi)分布的因素。李艷梅等[15]根據(jù)森林面積和樹種組成的數(shù)據(jù)評估了各省的森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。田曉瑞等[16]對大興安嶺地區(qū)發(fā)生雷擊火災(zāi)的條件進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)雷擊火災(zāi)主要發(fā)生在火災(zāi)危險(xiǎn)性高、雷電活動頻繁且無有效降雨的白天。張運(yùn)林等[17]對西南地區(qū)2001—2017 年的森林火災(zāi)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)次數(shù)、火災(zāi)面積和受害森林面積等在不同省市和空間差異顯著。

探索森林火災(zāi)特征對火災(zāi)預(yù)測和保護(hù)森林安全至關(guān)重要[18-19]，也可以更好地了解火災(zāi)的影響以及對森林景觀管理決策提供基礎(chǔ)信息[20-21]。針對當(dāng)前森林防火的嚴(yán)峻形勢，如何減少森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)，降低森林火災(zāi)損失，是森林防火工作的重點(diǎn)。因此本文以山東省森林火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，探討森林火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、分布規(guī)律和特點(diǎn)，為山東省森林火災(zāi)防治工作提供可靠的信息支撐。

1 研究區(qū)概況

山東省位于我國東部沿海、黃河下游，北緯34°22.9′～38°24.01′、東經(jīng)114°47.5′～122°42.3′之間。全省陸域面積15.58 萬km2，海洋面積15.96 萬km2。山東省的氣候?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，冬天寒冷干旱，夏季炎熱多雨，降水大部分集中于夏季。省內(nèi)東西氣溫相差較大，魯北和膠東的無霜期在180 d左右，魯西南地區(qū)的無霜期最多可有220 d。省內(nèi)植物資源豐富，森林面積為330 萬hm2，森林覆蓋率20.90%。山東境內(nèi)有各種植物3 100 余種，其中野生經(jīng)濟(jì)植物645 種。樹木600 多種，分屬74 種209 屬，以北溫帶針、闊葉樹種為主。各種果樹90 種，分屬16 科34 屬，山東因此被稱為“北方落葉果樹的王國”。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

1993—2020 年的山東省森林火災(zāi)數(shù)據(jù)來源于山東省森林和草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)普查平臺，包括火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、火災(zāi)等級、起火原因、火災(zāi)發(fā)現(xiàn)時(shí)間、火場總面積、發(fā)生火災(zāi)的地形等指標(biāo)。

2.2 研究方法

運(yùn)用Excel 2003 和Arcgis 10.2 軟件，采用歸納總結(jié)和對比分析的方法，對1993—2020 年山東省森林火災(zāi)年際變化、時(shí)間分布特征、火源特征、空間分布進(jìn)行分析?？偨Y(jié)森林火災(zāi)時(shí)空分布和火源特征，提出相關(guān)建議。

3 結(jié)果與分析

3.1 山東省森林火災(zāi)時(shí)間特征

3.1.1 森林火災(zāi)年際變化特征

根據(jù)山東省1993—2020年森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，山東省共發(fā)生森林火災(zāi)473次，包括一般火災(zāi)320次，較大火災(zāi)151次，重大火災(zāi)2次，總體呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，其中一般火災(zāi)的上升趨勢最為明顯；較大森林火災(zāi)在2011年發(fā)生次數(shù)最多，為21次，以2007年為分界線，之后的每年發(fā)生一般火災(zāi)次數(shù)普遍多于2007年之前；重大森林火災(zāi)僅發(fā)生2次，分別在2011年和2013年。

圖1 發(fā)生森林火災(zāi)次數(shù)年際變化Fig.1 Interannual changes in the frequency of forest fires

1993—2020年山東省森林火場總面積年際變化趨勢如圖2所示，2011、2013、2014、2018年和2020年火場總面積較大。其中火場總面積在2011年達(dá)到最大，高達(dá)697.57 hm2；2013年火場總面積次之，為509.68 hm2；1997年的火場總面積最小，僅有0.13 hm2。

圖2 火場總面積年際變化Fig.2 Annual variation of the total area of the fire site

3.1.2 森林火災(zāi)月份和季節(jié)變化特征

表1為1993—2020年山東省森林火災(zāi)次數(shù)和火場總面積月份和季度的變化趨勢。由表1可知，發(fā)生火災(zāi)最多的季度為春季，高達(dá)326次，占火災(zāi)總數(shù)的68.92%；其次為冬季，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為109次，占火災(zāi)總數(shù)的23.04%；次數(shù)最少的為夏季，共發(fā)生火災(zāi)13次，僅占火災(zāi)總數(shù)的2.75%。森林火災(zāi)次數(shù)最多的月份為4月，高達(dá)166次；其次為3月，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為135次；發(fā)生火災(zāi)最少的月份為8月，僅有1次。從1993—2020年，森林火災(zāi)面積一共為3 086.91 hm2。其中，火場總面積最大的為4月份，高達(dá)1 635.41 hm2；其次為3月份，總面積為878.18 hm2?；饒隹偯娣e最小的為8月份，僅有1 hm2。按季度比較（圖3），火場總面積最大的為春季，總面積高達(dá)2 638.65 hm2；其次為冬季，總面積為339.5 hm2；火場總面積最小的為秋季，為48.62 hm2。

表1 山東省森林火災(zāi)月份和季節(jié)變化特征Tab.1 Monthly and seasonal characteristics of forest fires in Shandong Province

圖3 森林火場總面積季節(jié)變化規(guī)律Fig.3 Seasonal variation pattern of total forest fire area

3.1.3 森林火災(zāi)時(shí)段變化特征

由圖4可知，從10時(shí)到17時(shí)，是火災(zāi)的高發(fā)期。從1993—2020年，在上午10時(shí)到下午18時(shí)期間，共發(fā)生火災(zāi)347次，占火災(zāi)總數(shù)的73.36%。12～14時(shí)是火災(zāi)發(fā)生頻率最高的時(shí)段，共發(fā)生火災(zāi)123次，占火災(zāi)總數(shù)的26.00%；其次是14～16時(shí)，共發(fā)生火災(zāi)102次，占火災(zāi)總數(shù)的21.56%；從18～次日凌晨0時(shí)，共發(fā)生火災(zāi)28次，占火災(zāi)總數(shù)的9.09%，平均每小時(shí)4.7次；0～2時(shí)，出現(xiàn)火災(zāi)小高峰，發(fā)生火災(zāi)29次，平均每小時(shí)發(fā)生14.5次；凌晨2時(shí)到早晨8時(shí)是火災(zāi)發(fā)生最低的時(shí)段，從1993～2020年，共發(fā)生火災(zāi)20次，占火災(zāi)總數(shù)的4.22%。

圖4 森林火災(zāi)時(shí)段變化規(guī)律Fig.4 The temporal variation pattern of forest fires

3.2 森林火災(zāi)火源特征

根據(jù)《歷史森林和草原火災(zāi)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，火源類型分為4種類型，人為火、自然火、火源不明和境外燒入，但是山東省不與其他國家接壤，故火源類型分為人為火、自然火和火源不明3大類。由圖5a可知，引發(fā)火災(zāi)最高的火源為人為火，占火災(zāi)總數(shù)的73.78%。在人為火類型中非生產(chǎn)用火的占比最大，其次是火源不明，占火災(zāi)總數(shù)的23.47%，占比最小的為外?。ㄊ?、縣）燒入；引發(fā)火災(zāi)最低的火源類型為自然火，僅為火災(zāi)總數(shù)的2.75%。

圖5 火源類型統(tǒng)計(jì)Fig.5 Fire source type statistics

根據(jù)《歷史森林和草原火災(zāi)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，把火源類型進(jìn)行三級分類。由圖5b可知，引發(fā)火災(zāi)最大的原因就是祭祀用火，占火災(zāi)總數(shù)的27.3%，其次為火源不明，占23.5%；火源比例較少的為工礦用火（0.4%）、癡呆弄火（1.1%）、其他自然火（1.7%）、未成年人玩火（1.9%）、外省（市、縣）燒入（1.9%）。

3.3 森林火災(zāi)空間分布特征

如圖6所示，森林火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)主要分布在海拔較高地區(qū)，平原地區(qū)火災(zāi)較少。主要分布在青島市、日照市、泰安市、煙臺市和淄博市的山區(qū)，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)最多的縣區(qū)為嵐山區(qū)，曾發(fā)生過110次森林火災(zāi)，占火災(zāi)總數(shù)的23.47%；其次為博山區(qū)，曾發(fā)生過53次森林火災(zāi)；沂源縣曾發(fā)生23次森林火災(zāi)，淄川曾發(fā)生21次，嶗山區(qū)曾發(fā)生森林火災(zāi)19次。

圖6 山東省森林火災(zāi)空間分布Fig.6 Spatial distribution of forest fires in Shandong Province

4 討論

近年來，山東省火災(zāi)發(fā)生頻率呈上升態(tài)勢。一方面，全球變暖導(dǎo)致森林火災(zāi)活動和風(fēng)險(xiǎn)增加[22]。另一方面，一些極端天氣（長期干旱等）可能導(dǎo)致森林火災(zāi)季節(jié)和火災(zāi)面積擴(kuò)大[23]。2011 年的火場總面積達(dá)到最大，分析原因可能是因?yàn)?011 年發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)和規(guī)模都較大，共發(fā)生21 次較大森林火災(zāi)和1 次重大森林火災(zāi)。2019 年雖然發(fā)生的森林火災(zāi)次數(shù)最多，但是火災(zāi)規(guī)?？傮w偏小，共發(fā)生54 起一般火災(zāi)，11起較大火災(zāi)。

山東省森林火災(zāi)主要發(fā)生在春季，發(fā)生森林火災(zāi)概率較小的為夏季。春季東南風(fēng)盛行，溫度回升迅速，降水少，氣候干燥，相對濕度最小。一方面春季可燃物含水率會隨著降水的減少，溫度的升高而降低，且可燃物含水率與森林火災(zāi)密切相關(guān)[24-25]。另一方面，清明節(jié)在春季，會有一些上墳燒紙、焚香等祭祀活動，極易引發(fā)火災(zāi)，因此春季為山東省森林火災(zāi)高發(fā)期。山東省夏季降水較多，植物生長茂盛，可燃物含水率高，不易發(fā)生森林火災(zāi)。

根據(jù)對山東省森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)段的研究發(fā)現(xiàn)，10～18 時(shí)是森林火災(zāi)的高發(fā)期，主要是因?yàn)榘滋鞎r(shí)間，人類活動較多。0 時(shí)出現(xiàn)了火災(zāi)小高峰，火災(zāi)次數(shù)相對較多，猜測是由于人們大多數(shù)都進(jìn)入熟睡狀態(tài)，外出活動較少，不易發(fā)現(xiàn)火災(zāi)[25]。凌晨2 時(shí)到早晨8 時(shí)是火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最低的時(shí)段，在此時(shí)間段，溫度較低，空氣濕度大，可燃物的含水率增加，降低了火災(zāi)發(fā)生的頻率。

通過對山東省森林火源類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，火災(zāi)類型以人為火為主，說明大部分火災(zāi)都是由人類活動引起的，這與馬楠楠等[26]的研究結(jié)果一致。一方面祭祀用火作為引發(fā)森林火災(zāi)最主要的原因，應(yīng)引起足夠的重視。另一方面，直接決定林區(qū)人為活動水平的人口不足從而造成人為火的發(fā)生[27-29]，猜測未能對可能引發(fā)森林火災(zāi)的行為進(jìn)行制止和勸阻。

通過對山東省森林發(fā)生空間特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，火災(zāi)通常發(fā)生在海拔相對較高的山區(qū)，因?yàn)樯指采w率較高，可燃物較多，一些人類活動（祭祀用火、野外吸煙、家火上山等）極易引發(fā)森林火災(zāi)。由于山地丘陵地區(qū)高低起伏較大，會讓森林火的行為變化加快，且容易引發(fā)較大森林火災(zāi)甚至是重大森林火災(zāi)。與山區(qū)相比，平原地區(qū)的可燃物較少，耕地和住宅較多，森林較少，部分城市針對森林的防火措施較完善。

5 對策建議

5.1 強(qiáng)化野外火源管控

火災(zāi)的發(fā)生大部分由人為火引起，祭祀用火為最主要的原因。相關(guān)部門應(yīng)對上墳燒紙、野外抽煙、野外燒烤等火源類型進(jìn)行重點(diǎn)管控；進(jìn)山人員禁止攜帶火種，增加巡邏人數(shù)和次數(shù)。此外相關(guān)部門應(yīng)向民眾普及預(yù)防森林火災(zāi)的有關(guān)知識，增強(qiáng)對森林火災(zāi)的警覺性。

5.2 做好森林可燃物管理

森林可燃物的性質(zhì)取決于構(gòu)成森林的植被類型，植被類型直接影響森林中可燃物的數(shù)量[30]。有研究表明[31]大多數(shù)針葉林和混交林由于森林可燃物豐富而具有很高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是當(dāng)這些森林距離居民區(qū)較近時(shí)，即使非極端天氣條件下，這些森林也容易發(fā)生火災(zāi)強(qiáng)度高的樹冠火災(zāi)。所以定期采取措施減少森林可燃物的積累，在一定程度上可以降低甚至阻斷火勢，降低火災(zāi)發(fā)生的可能性[32]。

5.3 精準(zhǔn)劃分管控時(shí)段

在每年春季，火災(zāi)發(fā)生的頻率較高，因?yàn)橹袊鴤鹘y(tǒng)節(jié)日清明節(jié)在春季，會有一些上墳燒紙、焚香等祭祀活動，還有春季農(nóng)耕用火，都極易引發(fā)火災(zāi)。在一天中，發(fā)生森林火災(zāi)頻率最高的時(shí)間段是上午10 時(shí)到下午18 時(shí)，主要是因?yàn)榘滋鞎r(shí)間，人類活動較多。相關(guān)部門應(yīng)針對森林火災(zāi)高發(fā)時(shí)段進(jìn)行管控，增加巡邏人員，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)告林火情況，減少森林火災(zāi)的發(fā)生。

5.4 重點(diǎn)防控火災(zāi)易發(fā)區(qū)

制定森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，對山地、丘陵等火災(zāi)易發(fā)區(qū)而言尤為重要?？煽康幕馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估可以作為有效預(yù)防、抑制火災(zāi)、居民疏散和資源保護(hù)的基礎(chǔ)[33]。探索火災(zāi)發(fā)生可能性并進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估將有助于減少森林火災(zāi)[34]。防火隔離帶的密度和寬度也嚴(yán)重影響著火災(zāi)概率和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[35]。防火隔離帶的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地形、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和社區(qū)邊界因素，以提高其緩解和保護(hù)效率。此外還應(yīng)在火災(zāi)易發(fā)區(qū)加強(qiáng)森林防火基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如瞭望臺等，增強(qiáng)專業(yè)消防隊(duì)伍建設(shè)力度，加強(qiáng)巡查，做到防患于未然。

森林管理者應(yīng)優(yōu)先在居民區(qū)附近的火災(zāi)后地區(qū)種植耐火樹。此外，還應(yīng)采取其他措施來降低火災(zāi)發(fā)生的可能性，例如優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)。這些策略不僅恢復(fù)了火災(zāi)后地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的功能，還增強(qiáng)了這些地區(qū)的防火能力。通過建立社區(qū)應(yīng)急管理組織、設(shè)置人員疏散點(diǎn)、開展疏散演練和培訓(xùn)，可以提高居民對火災(zāi)的反應(yīng)能力[36]。

6 結(jié)語

本研究在了解掌握山東省森林火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間特征（年際變化、月份和季節(jié)變化、時(shí)段變化）、火源特征和空間分布特征的基礎(chǔ)上，對森林火災(zāi)提出了合理化防治建議，為今后森林火災(zāi)防治提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。