森林火災(zāi)風(fēng)險評估與管理策略研究

摘要：森林火災(zāi)作為全球性災(zāi)害，嚴(yán)重威脅生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與人類生命財產(chǎn)安全，而開展風(fēng)險評估并制定科學(xué)合理的管理策略，是分析和控制森林火災(zāi)危險性的關(guān)鍵路徑。通過文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)了森林火災(zāi)風(fēng)險評估與管理策略的研究進(jìn)展。研究表明，當(dāng)前火災(zāi)風(fēng)險評估與管理在數(shù)據(jù)采集、處理和分析等環(huán)節(jié)，引入了遙感技術(shù)、GIS、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)手段，相較于傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法，這些新技術(shù)顯著提升了評估的效率與精度。然而，仍存在信息采集精度和效率在偏遠(yuǎn)山區(qū)及特殊地形區(qū)域上的不足；不同技術(shù)方法之間的信息互通和有機(jī)結(jié)合尚不完善；現(xiàn)有評估模型的適用性較為狹窄，缺乏普適性。未來的研究應(yīng)聚焦于提升多技術(shù)融合的效果，擴(kuò)展評估模型的適用范圍，并構(gòu)建更加高效的風(fēng)險聯(lián)動機(jī)制，以提高森林火災(zāi)風(fēng)險管理的整體水平。

關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)；風(fēng)險評估；氣候變化；GIS技術(shù)；遙感技術(shù)；機(jī)器學(xué)習(xí)

中圖分類號：S762.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0071-03

森林火災(zāi)是全球性災(zāi)害，其影響深遠(yuǎn)，如何做好防火減災(zāi)是當(dāng)今亟待解決的問題[1]。分析森林火災(zāi)成因，尋找其發(fā)生發(fā)展的時空演化過程及規(guī)律，有助于科學(xué)地開展各項預(yù)防措施，最大限度降低災(zāi)難造成的財產(chǎn)損失和社會負(fù)面影響[2]。為此，國內(nèi)外諸多專家學(xué)者已開始嘗試運(yùn)用RS、GIS、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、人工智能等新技術(shù)對森林火災(zāi)進(jìn)行全方位、多層次的風(fēng)險分析與模擬預(yù)測，以實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)風(fēng)險精細(xì)化管理目標(biāo)[3]。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研的方式，梳理國內(nèi)外有關(guān)森林火災(zāi)風(fēng)險管理方面的研究成果及現(xiàn)狀，旨在為提升森林火災(zāi)防控水平、構(gòu)建科學(xué)的風(fēng)險評估體系提供理論支持和技術(shù)參考。

1 森林火災(zāi)成因分析

造成森林火災(zāi)的原因很多，歸納起來主要有3個方面：一是氣象因素，主要是大氣溫度、濕度等。二是人類活動的因素。三是生態(tài)環(huán)境因素。其中，氣候變化是推動森林火災(zāi)頻發(fā)和強(qiáng)度增強(qiáng)的關(guān)鍵自然因素。森林火災(zāi)多發(fā)生在夏季或初秋季節(jié)，此時正是降雨稀少、空氣干燥的時期，在此期間，如果遇到強(qiáng)烈的陽光照射或干熱氣流，容易形成大范圍的山地焚風(fēng)效應(yīng)，加劇山區(qū)坡面下部的熱量積累并加速水分蒸發(fā)，進(jìn)而引起植被大面積燃燒，同時也會增加地面輻射散失到空氣中的熱量比例。氣候變化可以改變區(qū)域內(nèi)的降水量和風(fēng)向頻率。當(dāng)區(qū)域內(nèi)的年平均降雨量減少時，相對濕度就會降低，從而加大了林區(qū)中可燃物質(zhì)的易燃性；另外，水汽含量的變化還會直接影響云層結(jié)構(gòu)以及降水形式等因素，最終影響林火的時間空間分布特征[4]。

人類活動對森林火災(zāi)發(fā)生概率與強(qiáng)度的影響日益顯著。隨著人口增長和城市化擴(kuò)張，森林區(qū)域受到越來越多的人為干擾，非法用火、伐木、墾荒、道路建設(shè)等一系列人類活動都增加了火源輸入，這些外來火源是引發(fā)森林火災(zāi)的重要原因[5]。同時，人類的不合理用火也成為火災(zāi)發(fā)生的另一重要因素。比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中的農(nóng)作物秸稈燃燒、野炊燒烤、清明祭掃焚香燒紙、春節(jié)燃放煙花爆竹等都是易發(fā)多發(fā)的起火誘因。在全球氣候變化背景下，人類活動與氣候因子還可能產(chǎn)生耦合效應(yīng)。比如森林采伐會改變林分的蓄水能力，進(jìn)而增強(qiáng)干熱條件下的可燃物質(zhì)危險性[6]。近年來，為了更好地識別出不同活動中人類行為對火災(zāi)風(fēng)險的影響，許多研究將遙感、GIS、統(tǒng)計分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等多種技術(shù)手段引入火災(zāi)風(fēng)險建模中，來探究人類行為與火災(zāi)風(fēng)險的關(guān)系，并為區(qū)域防控策略的制定提供支持[7]。

2 評估方法融合發(fā)展趨勢

在森林火災(zāi)風(fēng)險評估的研究中，統(tǒng)計分析方法長期以來發(fā)揮著核心作用。該類方法主要是把各種渠道獲取的原始信息加以整理匯總，從中反映出火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的全過程以及空間上的變化規(guī)律，并找出火災(zāi)發(fā)生發(fā)展中各要素之間互相依存的關(guān)系，例如，火災(zāi)發(fā)生的時空與氣候條件等環(huán)境因素或林分特征間的關(guān)系，量化表示相關(guān)因素之間依賴關(guān)系的強(qiáng)弱，作為進(jìn)一步構(gòu)建可計算的風(fēng)險模型的基礎(chǔ)。隨著樣本容量增大，傳統(tǒng)統(tǒng)計分析方法在處理高維、非線性關(guān)系和復(fù)雜交互影響方面的局限性逐漸顯現(xiàn)。這也促使研究者引入更先進(jìn)的分析手段與建模技術(shù)，以進(jìn)一步提升風(fēng)險評估的精度和拓寬適用范圍。

森林火災(zāi)評估領(lǐng)域新的數(shù)據(jù)處理方法和模型不斷涌現(xiàn)，例如，Cox比例風(fēng)險模型可以計算出某個區(qū)域內(nèi)某段時間發(fā)生某種等級火災(zāi)的概率。其最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，并具有很強(qiáng)的時間動態(tài)特性。這種方法在應(yīng)用初期比較容易實(shí)現(xiàn)且易于理解，適合數(shù)據(jù)量適中以及各種變量都有清晰定義的情況[8]。目前，在我國森林防火管理中，廣泛使用GIS技術(shù)和遙感技術(shù)對森林火災(zāi)進(jìn)行危險性評價研究，顯著提升了空間分析與動態(tài)監(jiān)測能力?；趦烧叩募夹g(shù)平臺，不僅可以有效提高火災(zāi)風(fēng)險分析的能力，還能極大地擴(kuò)展火災(zāi)監(jiān)測的時空范圍，在觀測可燃物質(zhì)分布狀況、土壤含水量以及火點(diǎn)輻射特征等指標(biāo)方面具有顯著優(yōu)勢[9]。同時，追蹤區(qū)域內(nèi)的林業(yè)變化態(tài)勢和對比災(zāi)害發(fā)生前后生態(tài)系統(tǒng)信息差異，是實(shí)施火災(zāi)預(yù)警及災(zāi)損評估的基礎(chǔ)[10]。此外，運(yùn)用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)還能幫助人們開展災(zāi)后生態(tài)環(huán)境重建活動，如通過遙感提取受災(zāi)地區(qū)植被覆蓋度的變化、生態(tài)服務(wù)功能改變程度等信息，來指導(dǎo)后續(xù)的生態(tài)修復(fù)規(guī)劃。目前，基于GIS和遙感技術(shù)的森林火災(zāi)空間風(fēng)險評價已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)挖掘方法在森林火災(zāi)風(fēng)險評價中得到了廣泛應(yīng)用，并表現(xiàn)出良好的技術(shù)性能[11]。通過對大量過去火災(zāi)資料的學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生過程中的非線性和隱含模式，從而提高對火災(zāi)風(fēng)險評價模型的預(yù)報能力和適用性。常用的支持向量機(jī)（SVM）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）以及隨機(jī)森林（RF）等方法，在特征提取、模型建立及大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等方面具有較好的效果，特別適合于研究受復(fù)雜外生環(huán)境因子和內(nèi)部相互作用等因素影響而產(chǎn)生的火災(zāi)風(fēng)險問題。同時，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法還可以進(jìn)行火災(zāi)發(fā)生概率的預(yù)測，進(jìn)而估計可能存在的火險區(qū)域及其相應(yīng)的火情等級或危害程度，以此指導(dǎo)針對性的防火和應(yīng)急行動[12]。

不過需要指出的是，這種基于深度學(xué)習(xí)的模型架構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些需要關(guān)注的問題。如在訓(xùn)練過程中，經(jīng)常會遇到樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊或者數(shù)量不夠的情況，這會導(dǎo)致模型輸出的結(jié)果在可解釋性方面存在欠缺，也就是“黑箱”問題。以基于區(qū)域的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（R-CNN）這一經(jīng)典模型為例，雖然它能有效識別圖像中的局部特征，如物體邊緣或紋理，但要理解整張圖片的語義信息，很多時候還是需要人工介入進(jìn)行調(diào)整。既要保證輸入數(shù)據(jù)的代表性，也要讓算法的工作機(jī)制更透明可控，這樣才能提升整個系統(tǒng)的可靠性，更好地服務(wù)于森林火災(zāi)的監(jiān)測預(yù)警工作。

3 森林火災(zāi)風(fēng)險管理策略

森林火災(zāi)作為災(zāi)害影響范圍廣的自然災(zāi)害，對其進(jìn)行有效預(yù)防對于降低火災(zāi)風(fēng)險具有關(guān)鍵作用。在現(xiàn)有的多種防控手段中，防火隔離帶建設(shè)和火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是當(dāng)前研究與實(shí)踐的重點(diǎn)方向。

防火隔離帶的作用是消除或降低森林中的易燃材料，構(gòu)成一定范圍內(nèi)的物理障礙以阻止火災(zāi)傳播，在某種程度上可以減輕對野生動物及生態(tài)環(huán)境的影響。它分為兩種：一是自然隔離帶，二是人工隔離帶。前者是指依靠山脊線、溝谷、水系、沼澤地以及其他難以燃燒地帶所形成的天然屏障來阻擋火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展，后者則是通過砍伐清理林內(nèi)各種可燃性物質(zhì)形成的滅火阻攔區(qū)[13]。因此在設(shè)置時要考慮的因素不僅有地形、氣候條件、樹種分布狀況、生態(tài)作用等方面，還要注意結(jié)合當(dāng)?shù)氐幕馂?zāi)預(yù)測預(yù)報網(wǎng)絡(luò)、消防通信指揮系統(tǒng)以及相關(guān)輔助設(shè)備的配置進(jìn)行合理布局安排，并且要分析其投入產(chǎn)出比[14]?；馂?zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)方面，目前我國已基本建成覆蓋全國范圍內(nèi)的森林火險等級預(yù)報網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)了對高危地區(qū)的全天候不間斷監(jiān)控；初步建立了符合國情的專業(yè)化撲救隊伍建設(shè)機(jī)制；完善各級各類應(yīng)急預(yù)案，提高了處置能力和水平。無人機(jī)航拍、北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航、紅外熱成像儀探測等高新技術(shù)的應(yīng)用大大拓展了火災(zāi)發(fā)現(xiàn)的空間維度和時間跨度，使火場態(tài)勢能夠得到及時掌握，也為指揮員快速做出準(zhǔn)確判斷提供了重要保障。

4 存在問題和未來研究方向

盡管多年來森林火災(zāi)風(fēng)險評估方法不斷豐富、評價技術(shù)和指標(biāo)體系不斷更新。整體上看，目前還存在著許多問題和不足，亟待進(jìn)一步深入探索與系統(tǒng)優(yōu)化。

在火災(zāi)評估方面，評估數(shù)據(jù)獲取不精確甚至難以獲取。由于獲得高質(zhì)量的氣象資料、遙感影像以及野外調(diào)查數(shù)據(jù)相對較難，在許多區(qū)域尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)及生態(tài)環(huán)境脆弱地帶難以取得有效的數(shù)據(jù)，風(fēng)險評估模型的實(shí)用性難以確定。此外，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境，包括植物群落組成、地域性氣候、人文活動等因素差別很大。當(dāng)前模型的普適性差，難以在多區(qū)域達(dá)到良好評價效果。多種技術(shù)手段結(jié)合生硬問題。盡管GIS、RS、統(tǒng)計學(xué)方法以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法已廣泛應(yīng)用于災(zāi)害風(fēng)險評估領(lǐng)域，但基于單種數(shù)據(jù)采集手段的研究較為集中，針對各技術(shù)采集數(shù)據(jù)優(yōu)勢的綜合技術(shù)應(yīng)用研究較少。當(dāng)前森林火災(zāi)評估缺少一個高階的綜合性的架構(gòu)。因此存在數(shù)據(jù)更新慢、數(shù)據(jù)分類粗糙、數(shù)據(jù)響應(yīng)慢和建模過程脫離現(xiàn)實(shí)等短板。在火災(zāi)預(yù)警方面，應(yīng)對火災(zāi)快速響應(yīng)能力亟需優(yōu)化。

基于上述問題，未來森林火災(zāi)風(fēng)險評估與管理研究應(yīng)聚焦以下方向：推動多源數(shù)據(jù)的集成與動態(tài)更新，提升模型輸入的準(zhǔn)確性與時效性；構(gòu)建多技術(shù)深度融合的評估框架，實(shí)現(xiàn)多技術(shù)協(xié)同評估方法，提升模型的適應(yīng)性；不斷提高和完善現(xiàn)有的森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案和監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的智能化程度；生態(tài)修復(fù)方式倡導(dǎo)因地制宜；加強(qiáng)人民群眾關(guān)于森林防火的知識的宣傳教育，讓全社會都參與進(jìn)來共同維護(hù)好公共的森林資源，形成政府主導(dǎo)、公眾參與、科技支撐的立體化治理格局。

5 結(jié)束語

森林火災(zāi)風(fēng)險評估作為生態(tài)保護(hù)的重要基礎(chǔ)工作，在提升防火效率和社會管理質(zhì)量方面具有關(guān)鍵作用。近年來，相關(guān)技術(shù)持續(xù)升級，逐步形成以統(tǒng)計分析方法為基礎(chǔ)，融合GIS與遙感技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多種手段的多元化技術(shù)體系，這些改進(jìn)使預(yù)測結(jié)果更接近實(shí)際情況。不過，目前的研究還存在部分有待改善的問題，如數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、不同地區(qū)的植被類型差異導(dǎo)致模型適應(yīng)性差，以及模型可解釋性弱等情況。未來需要重點(diǎn)突破的方向，包括多維度數(shù)據(jù)有機(jī)整合、模型參數(shù)的動態(tài)調(diào)整機(jī)制，以及消防部門與林業(yè)管理部門的協(xié)同作業(yè)模式。隨著技術(shù)手段的更新迭代和數(shù)據(jù)分析手段日趨多元化，火災(zāi)風(fēng)險評估的精度和響應(yīng)速度都會有明顯改善，其將為森林防火工作提供更有力的技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

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