1、 南阳师范学院 20XX 届毕业生 毕业论文（设计） 题 目： 东北地区火险时空特征分析 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 目录 摘要 . （ 1） 1 研究区概况 . （ 1） 2 研究意义及方法 . （ 2） 3 东北地区火灾时空分异 . （ 2） 3.1 东北地区林火基本情况 . （ 2） 3.2 森林火灾发生的时间变化规律 . （ 3） 3.2.1 森林火灾年际变化特征 . （ 3） 3.2.2 森林火灾的季节变化特征 . （ 4） 3.3 森林火灾发生的空间变化规律 . （ 5） 3.3.1 林火与行政区划 . （ 5） 3.3.2 林
2、火与地形 . （ 6） 3.3.3 林火与土地覆盖 . （ 7） 3.3.4 林火与 NDVI . （ 9） 3.3.5 林火与人类活动 .（ 10） 4 东北地区森林火灾的 时空综合特征 . （ 11） 5 结论 .（ 12） 参考文献 . (13) Abstract . (13) 第 1 页 共 14 页 东北地区火险时空特征分析 摘要： 火灾作为一种自然灾害，对生态系统和森林减少有显著的影响，而且它是微量气体、气溶胶和碳通量的一个主要来源。对森林火险的时空特征分析是总结森林火灾发生规律，进一步进行林火预测的前提。本文利用 GIS 的方法对我国东北地区 2000-2009 年林火火点数据进
3、行处理，分析林火的时间分布规律，探索林火的空间分布与地形、土地覆盖、 NDVI 等自然地理要素之间的关系以及林火与各种人类活动的关系，进而分析东北地区 10 年林火的时空变化规律。 关键词： 东北地区；森林火险；时空分布 1 研究区概况 我国东北地区包括东北三 省和内蒙古东部，这里是我国森林面积最大的区域。大、小兴安岭和长白山呈马蹄形环绕在广阔富饶的东北大平原的西、北、东部，南临黄、渤海；地处温带，气候温和湿润，发育着黑龙江、乌苏里江、松花江、辽河、鸭绿江等水系，资源丰富。虽然地理条件复杂，但其内部具有相对一致性和相似性，而与周围地区又具有一定的独特性和差异性，因而东北区形成了一个完整的自然地
4、理区域 1。 该区山地海拔 300 - 1600 米，平原地区海拔 35 - 200 米。本区植被按区系组成，大致可分为三大部分，即达乌里区系、长白区系和蒙古区系。它们分别和寒温带 针叶林、温带针阔叶混交林和温带草原三种植被类型相适应。在现阶段的地形、气候等因素影响下，东北植被的区域分异也相当明显。山地形成森林植被，平原出现森林草原和草原植被。区内有较大面积的森林土壤、草原土壤和森林草原土壤，属地带性土壤，同时存在着大面积的非地带性土壤。地带性植被属寒温带针叶林和温带针阔混交林。森林主要分布在大兴安岭、小兴安岭和东部长白山山地三大林区，松嫩平原和三江平原和辽河平原是少林地区，天然林多、人工林少
5、 2。 第 2 页 共 14 页 2 研究意义及方法 森林在陆地自然生态系统中扮演重要角色，它在整个自然界的动态平衡 中具有关键的作用 3。近几十年来，由于全球气候变化，世界范围的人口膨胀，工业化进程加快，森林中人类的活动影响加剧，森林火灾发生的危险性提高，森林资源的持续稳定发展是世界各国关注的焦点，防御和控制森林火灾也受到各国的普遍重视。 东北地区分布有我国最为重要的林区，也是森林火灾的重灾区，森林防火工作一直是生产安全工作的重中之重。而森林火灾的发生有很深的自然因素和社会因素，火灾事件的发生与多种因子相关，如气象、地形、植被、人的作用等，是一个复杂的相互作用过程 4。了解该区林火的时间特征
6、，分析林火发生的空间演化规 律、林火与各种社会地理因素之间的潜在关系，并探索林火的时空综合分布规律。不仅可为该区森林火险的预报预测和区划的研究提供理论基础，也可为科学有效地开展森林防火工作提供参考。 本文主要利用 GIS 统计方法，分析东北地区 10 年来森林火灾发生的时间变化规律。通过一系列 GIS 空间分析方法，利用 ArcGIS9.3、Excel、 SPSS 等一系列软件，探索林火与地形、 NDVI、土地覆盖、行政区以及人类活动等自然地理和这会经济因子之间的关系，并用适合的图、表等方式进行空间可视化。利用核密度分析得到十年中每个年份的火点密度分布图 ，分析在时间变化情况下林火的空间变化规
7、律。 3 东北地区火灾时空分异 3.1 东北地区林火基本情况 东北地区的森林是我国有代表性的寒温带森林，代表牲的植被类型主要有杜鹃兴安落叶松林、杜香兴安落叶松林、越橘兴安落叶松林、草类兴安落叶松林、樟子松林、兴安落叶松桦林和白桦林等。其中位于祖国最北部大兴安岭林区，有林地面积 657.8 万公顷，森林覆被率78.94%，是国家重点国有林区和天然林资源主要分布区，也是森林火灾多发区。 1987 年“ 56”火灾后 22 年的时间，大兴安岭累计发生重特大森林火灾 20 余起，造成了惨 重的经济损失、大量的资源消耗第 3 页 共 14 页 和较大的政治影响，已经成为必须积极面对和着力解决的严峻现实课
8、题 5。 经过 40 多年的开发建设，东北地区森林质量明显下降，林内杂草、灌木丛生，枯枝落叶等腐殖层增厚，可燃物载量平均每公顷达 30-50吨，林分密度小，林内可燃物含水率极低，加之以落叶松、樟子松和桦树为主的易燃树种占 96%以上，极易发生较大森林火灾。此外，北部干冷的气候条件及大风使东北地区森林火灾频繁发生。而且受全球灾害性天气影响，森林、沼泽含水率大幅下降。近年来，东北地区各地对林区切实加大了火烧迹地清理力度，但仍有大面 积区域没有清理，火烧迹地内存在着大量的烧死木，且灌木杂草丛生，一旦发生火灾，极易蔓延，扑救相当困难 6。 3.2 森林火灾发生的时间变化规律 3.2.1 森林火灾年际变
9、化特征 在一定的地理区域内，在气候变化的影响下，林火发生情况随时间变化呈一定规律。我国森林火灾年际变化大约有 5-6 年和 10年的准周期。绝大部分省（区）的火灾季节为 11月份至翌年 4 月份，在火灾的年际变化过程中可能存在重灾年份（或重灾时段） 7。 通过对东北地区十年来火点数据的计算得到每年火灾的过火面积（图 1）。东北地区林火年际变化主要有以下 几方面特征： （ 1）东北地区每年都有火灾发生，这主要由东北地区特殊的自然地理环境所决定的，东北地区森林覆盖率较高，其植被种类复杂多样，人类活动频繁。诸多因素导致火灾多发。 图 1 2000 2009 年各年过火面积统计图 第 4 页 共 14
10、 页 （ 2）森林火灾发生次数年际间波动较大， 2000 2009 年间， 2003年火灾面积最大，为 11850 2km ，其次为 2001 年。 2003 年以后基本没有出现过火面积特别大的年份，且火灾面积逐渐趋于稳定。具体来讲，在大 部分年份中，东北林火的过火面积都维持在 2000 2km 以下，但是个别年份火灾面积远远高于正常数量，如 2003 年和 2001 年，林火发生比较频繁，然而在 2002 年，火点数只有 57个。 （ 3）在 2003 年之后 6 年内，虽然火灾面积稍有波动且基本上未发生过大面积特大火灾，但是火灾面积总体呈逐步上升趋势，火灾总面积也不容小觑。 3.2.2 森
11、林火灾的季节变化特征 利用 GIS 的方法对十年林火火点按照月份进行汇总统计，得到图2 所示的火点季节分布图。 图 2 2000 2009 年火点季节分布图 可以看出，东北林火主要集中于 3 4 月之间，主要原因在于东北地区春季降水较少，气温升高导致地面温度上升。此外，在 8 9 月份火点数再次上升。 可见东北地区火点数的季节分布大致集中于春秋两季，冬夏发火较少。表明林火的发生与气候存在很大的相关性。主要表现在火点数和降雨量呈负相关，和地表温度呈正相关，并受到二者综合影响。气候背景是决定这一地区森林火灾季节变化发生的重要因素。大多数年份，黑龙江省入春以后，大部分地区天干物燥、高温风大，森林火险
12、等级居高不下，春季火险季节长达 3-4 个月之久；而夏季为雨季，除非干旱，一般不发生森林火灾；秋季火险季节短，只有 1 2 个月，此时是林区草木变黄季节，在特定的气象条件下，林火蔓延迅速，也第 5 页 共 14 页 可能引起大的森林火灾；冬季黑龙江林区冰雪覆盖，发生森林火灾的可能极少；春季气温回升，农事活动频繁，增加了引发林区森林火灾的可能性。各气象要素之间是相互联系和影响的，它对火灾的影响也是综合性的，不能用单一气象要素去研究火灾，在实践中预测火险等级时应考虑各要素的综合影响。 3.3 森林火灾发生的空间变化规律 3.3.1 林火与行政区划 研究林火与行政区的关系 便于在防灾、救灾等工作中以
13、政区为单位进行合理规划并对物资、人员等进行合理配置。通过一些列分析，并利用 GIS 的空间可视化功能，得到东北地区十年来火灾火点位置的行政区分布，如图 3 所示。 图 3 东北地区十年林火火点分布及各行政区内火点密度分布图 图 4 各地区十年来火点总数统计图 第 6 页 共 14 页 由上图可以看出： （ 1）火灾空间分布不均衡。 主要分布于北纬 45 度以北地市（图 3），其中黑河、海拉尔和塔河分布最多（图 4），分别占十年火点总数的 27%、 25%和 21%。而这三个地区恰恰又是东北地区最靠北的三个市。 （ 2）各市火点 密度分布不均衡。 首先计算得到各地市的十年火点分布密度，计算公式为
14、： SNi i 101 （ 1） 式中， N 各市表示每年火点数目， S 表示各地市辖区面积， 表示各地市火点密度。 分析发现以黑河市、塔河市和大庆市的平均火点密度最高，海拉尔市由于面积较大，其火点平均密度下降（图 3）。总体来说，东北地区北部地市火点密度总体大于南部地 市。 （ 3）各行政区边界火灾多发。 十年来火灾火点主要集中分布于各地市交界地区附近（图 3）。可能由于政区分界线与地形之间的某种关联导致这种情况的发生，例如地形区的分界线往往作为政区分界线，而这些地方多是山川丘陵地带，关于林火与地形之间的关系，下文在探讨林火的空间分布特征时将做更为详细的探讨。 3.3.2 林火与地形 主要地
15、形因子包括高程、坡度、坡向以及坡度变率等，所有发生于地表的空间现象几乎都要受到地形的影响，因此，探讨林火与地形之间的关系，是深刻了解森林火灾的空间分布特征所必不可少的内容。本文主要采用 ArcGIS 空间分析功能对数据进行分析，并通过空间数据可视化得到图 5 和图 6。 （ 1）林火与高程之间的关系 第 7 页 共 14 页 图 5 东北地区十年火点高程分布透视及统计图 表一 东北地区十年林火火点数目在不同高程区间分布表 海拔（米） 0-250 250-500 500-750 750-1000 1000-1892 火点数（个） 4792 12580 2430 1312 796 结合图 5 和表
16、一，从地貌上看，十年来火点主要集中分布于小兴安岭山区、松嫩平原以及三江平原地区。 从高程上看，火点分布主要集中于海拔高度为 300 米 到 600 米之间的高程区间。海拔 500 米以上，随高程的增加火点数目逐渐减少。因此对于森林防火要格外注意海拔 300 米至 600 米之间的区域。 （ 2）林火与坡度之间的关系 图 6 东北地区十年火点坡度分布透视及统计图 总体上，随着地形坡度的增加，火点数目逐渐减少，二者呈负相关。这表明，地形越平坦的地方火点数最多，也最容易发生火灾。 十年来所有火点分布地区最大坡度不超过 9 度，而均值大约只有1 度。这表明所有发生过火灾的区域地形总体是比较平坦的，也表
17、明地形对火灾发生的影响较大。 3.3.3 林火与土地覆盖 土地覆盖是 自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、湖泊、沼泽湿地及各种建筑物，具有特定的时间和空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化 8。 第 8 页 共 14 页 土地覆盖是随遥感技术发展而出现的一个新概念，其研究的角度侧重于土地的自然属性，对地表覆盖物进行分类。如对林地的划分，根据林地生态环境的不同，将林地分为针叶林地、 阔叶林 地、针阔混交林地等，以反映林地所处的生境、分布特征及其地带性分布规律和垂 直差异 9。因此，土地覆盖与林火的关系十分密切。具体分析主要基于表二和图 7 来进行。这两个图
18、表是首先利用 ArcGIS 对土地覆盖和火点数据进行综合分析后，再对处理结果进行总结得到。 表二 东北地区各种土地覆盖类型及其面积 东北地区土地覆盖类型 面积（ 2km ） 落叶阔叶林 Tree Cover, broadleaved, deciduous, closed 321193.66 常绿针叶林 Tree Cover, needle-leaved, evergreen 15487.74 落叶针叶林 Tree Cover, needle-leaved, deciduous 134340.6 混合叶型林木覆盖区 Tree Cover, mixed leaf type 10213.36 树木
19、/其他自然植被混合区 Mosaic: Tree Cover / Other natural vegetation 651.88 曾发生火灾的林木覆盖区 Tree Cover, burnt 466.12 常绿灌丛 Shrub Cover, closed-open, evergreen 40942.88 落叶灌丛 Shrub Cover, closed-open, deciduous 5267.5 草地 Herbaceous Cover, closed-open 243921.8 稀疏的草本或稀疏的灌木覆盖 Sparse herbaceous or sparse shrub cover 77322
20、.6 定期灌溉的灌丛或草地 Regularly flooded shrub and/or herbaceous cover 18281.88 种植区和人工管理区 Cultivated and managed areas 436744.98 农田 /树木 /其他植被覆盖混合区 Mosaic: Cropland / Tree Cover / Other natural vegetation 5127.32 农田 /灌木 /草地混合区 Mosaic: Cropland / Shrub and/or grass cover 23833.18 裸地 Bare Areas 6098.26 水体 Water Bodies 11836.18 冰雪地面 Snow and Ice 8.6 人工 地表 及相关 区 域 Artificial surfaces and associated areas 420.54 图 7 东北地区 2000-2009 年不同土地覆盖区火点数统计图
