全球火格局的時空變異及其機理分析.pdf

1、在全球尺度上量化火的時空變異及其機理，對減輕人員財產(chǎn)損失，及指導(dǎo)合理的政策制定和資源配置具有重要意義。本研究通過全球中分辨率成像光譜儀(MODIS)的主動火數(shù)據(jù)計算的火指數(shù)，及自然（氣候、植被、閃電、地形等）和人文因子（人口密度、經(jīng)濟狀況、農(nóng)業(yè)土地利用等），在全球尺度上，綜合了火格局的多方面特征，量化了過火面積與火強及其空間分布，以及火的年間變異，并分析了火格局時空變異的機理，比較了不同生態(tài)區(qū)系之間火格局及其機理的差異。
　　

2、論文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　 1.結(jié)合火格局的兩個重要特征:過火面積與火強，量化了全球火格局的空間變異，并結(jié)合自然人文因子分析其機理．以往的研究通常割裂考慮過火面積或火強，但相同的過火面積，可能伴隨差異巨大的火強。本研究計算了兩個基于衛(wèi)星遙感的火格局指數(shù):過火面積(BA)與火輻射強度(WAFI)以量化全球的過火面積與火強，并結(jié)合二者將全球火的空間格局分為四類:大過火面積高火強區(qū)（HH），大過火面積低火強區(qū)(HL)，小過火

3、面積高火強區(qū)(LH)，小過火面積低火強區(qū)(LL)。通過適用于非正態(tài)分布數(shù)據(jù)的非參數(shù)分析方法，列聯(lián)表分析，分析了火的空間差異與自然人文因子之間的關(guān)系。結(jié)果表明，HH火區(qū)主要分布在南美中部、澳大利亞北部、非洲同緯度的條帶區(qū)域。該區(qū)平均火強大約在50 MW，平均過火面積在象元面積的6％以上，人為活動強度低、干季長、地形平坦;HL火區(qū)主要分布在非洲的稀樹大草原。該區(qū)平均過火面積在象元面積的6％以上，平均火強卻較低;LH火區(qū)主要分布在西伯利亞和加

4、拿大，以遠離人類活動的泰加林為主。該區(qū)溫度平均火強高于50 MW，平均過火面積卻小于象元面積的0.2％以上，溫度低、閃電密度低;LL火區(qū)散布在各大洲，人口密度較高。本研究在全球尺度上分析了火的影響范圍與程度的差異性，顯示了未來結(jié)合二者進行研究的必要性。初步揭示了過火面積與火強間的相互關(guān)系，及二者對不同環(huán)境因子的敏感性差異。
　　 2.量化了全球各個生態(tài)區(qū)系過火面積的時間序列，分析了其與極端氣候事件的關(guān)系，并以加拿大為例，探討了火

5、與長期氣候變化之間的關(guān)系。量化了全球各個生態(tài)區(qū)系過去15年過火面積的時間序列，并通過該時間序列計算了過火面積的年間變異系數(shù)(Ⅳ)。結(jié)果表明，不同生態(tài)區(qū)系的過火面積的大小、火季長度及年間變異均有所不同，且與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及植被生長季長度有關(guān)。其中，熱帶稀樹大草原的過火面積最大，火季（3-10月）持續(xù)時間較長，且每年的情況較為一致;在其他生態(tài)區(qū)系，無論月過火面積時間序列還是年過火面積均顯著小于熱帶稀樹大草原相應(yīng)的過火面積。人類活動影響過火面

6、積的年間變異，在受人類活動的影響較大區(qū)域，每年的火情更加一致。另外，通過互相關(guān)分析探討了火與極端氣候事件之間的關(guān)系。結(jié)果表明熱帶雨林在極端氣候事件發(fā)生時的過火面積更大。與之相反，在干旱灌木地區(qū)，過火面積與極端氣候事件之間呈負相關(guān)的關(guān)系，并且滯后于厄爾尼諾．南方濤動(ENSO)事件約10個月左右;以加拿大為例，通過40年的火管理記錄數(shù)據(jù)，分析了火與氣候變化之間的關(guān)系。結(jié)果表明加拿大的過火面積、火的數(shù)目與溫度之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，而且

7、在不同生態(tài)區(qū)系，火對溫度響應(yīng)的敏感性不同。其中，泰加林及北方苔原帶對氣候變化的響應(yīng)最為劇烈，由于該區(qū)是全球重要的碳匯，這提醒決策者應(yīng)格外關(guān)注氣候變化對這里的火格局的影響。
　　 3.通過隨機森林回歸樹方法探討了全球尺度上火與其影響因子間的響應(yīng)閾值，及不同區(qū)域火格局的主要影響條件的差異．理論研究和小尺度實驗指出，火與自然人文因子的關(guān)系不是簡單的連續(xù)關(guān)系，而是呈現(xiàn)出閾值性，這對火建模及生物地球化學(xué)循環(huán)建模提出了更高的要求。在全球尺度

8、上量化火與其影響因子間的閾值響應(yīng)研究較少，可用于其他研究的具體閾值更是鮮見。本研究通過2001年1月至2007年7月的MODIS數(shù)據(jù)計算了一個火指數(shù)，年均火密度（MAFD），來代表全球火的格局。由于火及其影響因子間的關(guān)系是非連續(xù)的，而且影響因子的效應(yīng)之間不可加，常規(guī)的線性擬合方法并不適應(yīng)于該類建模。因此，采用了基于閾值的隨機森林回歸樹的方法，在隨機森林中構(gòu)建了500棵回歸樹，分析了火與影響因子間的閾值關(guān)系。該方法較好地解釋了觀測到的全球

9、火密度格局（方差解釋率為78.33％）。結(jié)果表明，年平均溫度是在全球尺度上影響火密度的主要因素，在溫度高于19.3℃的區(qū)域，火密度才可能在其他條件適宜的情況下迅速增大。另外，前人的研究認(rèn)為，火密度始終隨溫度的增加而增加，研究表明這個結(jié)論只在一定程度上成立，而在溫度已經(jīng)足夠高（年均溫度高于19.3℃）的區(qū)域不適用，因為那里干季長度起主要限制作用，不同級別的降雨量對火活動格局有重要影響;最后，隨機森林回歸樹模型識別出了全球火密度存在顯著差異