湖南省森林火災(zāi)空間建模研究.pdf

1、森林是人類寶貴的物質(zhì)財(cái)富,是可再生的自然資源。發(fā)展和保護(hù)好這些資源,不僅關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè),也直接關(guān)系各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù),這是一項(xiàng)功在當(dāng)代,蔭及子孫的大事情。森林火災(zāi)屬于世界性、跨國(guó)性的自然災(zāi)害,對(duì)森林的破壞性極大,危害極深,造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重。
　　 湖南有林地11302萬畝,占湖南總面積的35.7％。森林覆蓋率為34.3％,大大超過全國(guó)平均水平。林業(yè)用地占湖南土地面積為57.4％,是我國(guó)南方重要的產(chǎn)材林基地

2、之一。同時(shí)湖南人口稠密,夏秋干旱較嚴(yán)重,形成的森林可燃物較多,生態(tài)環(huán)境較為脆弱。受全球氣候變暖的影響,湖南省高溫、干旱、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣明顯增多,致使森林火險(xiǎn)等級(jí)持續(xù)居高不下,森林火災(zāi)發(fā)生數(shù)量、受害面積、因?yàn)?zāi)傷亡人數(shù)大幅度上升,目前湖南森林防火工作正面臨70年來最為嚴(yán)峻的形勢(shì),任務(wù)艱巨。
　　 本文綜述了國(guó)內(nèi)外森林火災(zāi)模型的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。以生態(tài)學(xué)、林火科學(xué)和空間建模理論為指導(dǎo),深入調(diào)查研究了湖南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然地理、森林防

3、火現(xiàn)狀。運(yùn)用系統(tǒng)的自組織臨界特性、空間插值技術(shù)、空間聚類技術(shù)、數(shù)學(xué)方法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)湖南省森林火災(zāi)空間模型進(jìn)行了研建。研究的主要結(jié)論有:
　　 (1)湖南省森林火災(zāi)的“頻數(shù)-面積”分布滿足很好的冪律關(guān)系,且這種冪律關(guān)系具有時(shí)間穩(wěn)定性和尺度不變性,即湖南省森林火災(zāi)系統(tǒng)具有自組織臨界特性,在近似外界條件的影響下,它們具有相似或者相同的自組織臨界性特性參數(shù)。因此可以用某一區(qū)域森林火災(zāi)的詳細(xì)的歷史數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)未來

4、火災(zāi)的分布。本文從湖南省2000年到2004年的火災(zāi)數(shù)據(jù)擬合的直線為log F=-1.17*logA+3.41,2005年到2009年的火災(zāi)數(shù)據(jù)擬合的直線為logF=-1.17*logA+3.37。
　　 (2)運(yùn)用空間插值技術(shù)將湖南省樣點(diǎn)林火數(shù)據(jù)由點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為面數(shù)據(jù)對(duì)林火空間分布進(jìn)行研究。模型驗(yàn)證結(jié)果表明:克里格插值法效果最好,反距離權(quán)重插值法比徑向基函數(shù)插值法好；反距離權(quán)重插值法,權(quán)重值為2效果最好；克里格插值法球型模型插值

5、效果好于環(huán)型模型。局部插值效果最好的球型析取克里格插值法建立的模型為:0.53688*Circular(1.2078)+0.44541*Nugget。整體插值效果最好的三次趨勢(shì)面模型為:
　　 z=-27730148.892+111399.756x+1129.665y-4.428x2+714613.395xy-2539.355y2-7.025x3-6061.715x2y+13.089xy+16.946y3
　　 建模結(jié)果

6、表明:湖南省2000-2009年的林火頻數(shù)在東南-西北,西南-東北方向呈反U型趨勢(shì)。二次趨勢(shì)面模型在空間上表現(xiàn)為拋物面模型,且以郴州-張家界一線為長(zhǎng)軸,長(zhǎng)沙-永州一線為短軸,形成了一橢圓形高值區(qū),并向四周發(fā)散降低。
　　 (3)將空間聚類技術(shù)引用到湖南林火空間建模研究工作中。空間聚類技術(shù)可以定量的判斷林地之間火災(zāi)數(shù)據(jù)的相似程度,從而將林地歸類,克服了人為因素的干擾。空間聚類建模結(jié)果表明湖南省森林火災(zāi)發(fā)生頻數(shù)在空間上具有較高的集聚

7、性,吉瑞C指數(shù)(Getis-Ord general G)統(tǒng)計(jì)顯著水平在5％以上,莫蘭Ⅰ指數(shù)統(tǒng)計(jì)顯著水平在1％以上(百分比越低越顯著)。集聚結(jié)果表明,湖南省中北部-中西部一線在這10年中常年林火頻數(shù)在68次以上,并隨著全省年林火總頻數(shù)的上升而增加；2002年以后,中西部、西南部成為林火高頻區(qū)域,年平均林火頻數(shù)在237次以上；2008年為林火高峰年,總頻數(shù)高達(dá)5076,其中邵陽一個(gè)地區(qū)就發(fā)生森林火災(zāi)1093次；其次是2005年,這一年的林火

8、發(fā)生率達(dá)到2000年以來的高峰,林火總頻數(shù)為3138次。
　　 林火建模工作的大信息量、時(shí)效性等特點(diǎn),對(duì)模型的質(zhì)量不斷提出更高的要求。隨著森林防火工作的不斷成熟完善,林火建模方法也在不斷發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是地理信息技術(shù)的飛躍發(fā)展,為林火空間模型的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。湖南森林火災(zāi)受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等多種因素的影響,森林防火是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、艱巨的工作。如何結(jié)合湖南森林火災(zāi)特點(diǎn),建立符合實(shí)際、具有高實(shí)效性的林火空間模型,是湖