章林，周勇，孫平巖，張大明，任曉光，孫景花

（1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林長春130033；2.吉林省森林草原防火指揮部辦公室，吉林長春130031)）

吉林省森林火災(zāi)空間分布規(guī)律

章林1，周勇1，孫平巖2，張大明2，任曉光1，孫景花1

（1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林長春130033；2.吉林省森林草原防火指揮部辦公室，吉林長春130031)）

通過對吉林省森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的收集與處理，運(yùn)用ArcGIS中探索性空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)對吉林省森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)進(jìn)行了空間特性分析，并用克里金插值方法對吉林森林火災(zāi)進(jìn)行趨勢預(yù)測。結(jié)果表明：①吉林省各縣（市）的森林火災(zāi)分布存在著不均勻性。森林火災(zāi)總的分布特征呈“東多中較多西少”格局。其中敦化、安圖、琿春及江源，是吉林省森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的區(qū)域。②吉林省較大森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。較大火災(zāi)發(fā)生較多區(qū)域?yàn)槎鼗?、龍井、琿春。③吉林省農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西少”的格局。最集中分布在敦化、安圖及輝南3個(gè)區(qū)域。④用簡單克里金插值法比普通克里金插值法預(yù)測吉林省森林火災(zāi)趨勢精度高，其預(yù)測趨勢為：2個(gè)森林火災(zāi)高發(fā)中心和1個(gè)森林火災(zāi)低發(fā)中心。

森林火災(zāi)；空間分布；克里金插值法；預(yù)測趨勢；吉林

1 材料與方法

1.1材料

收集吉林省1989-2015年的森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中包含林火發(fā)生時(shí)間、撲滅時(shí)間、火點(diǎn)地理坐標(biāo)、過火面積、受害森林面積、火災(zāi)損失、起火原因、撲火力量等。

1.2方法

ArcGIS10的地統(tǒng)計(jì)分析擴(kuò)展模塊通過利用確定性插值方法和地統(tǒng)計(jì)方法對表面進(jìn)行建模，是個(gè)功能強(qiáng)大，簡單易用的數(shù)據(jù)分析與表面建模工具。地統(tǒng)計(jì)分析模塊包括3個(gè)部分：探索性空間數(shù)據(jù)分析(exploratory spatial data analysis,ESDA)、地統(tǒng)計(jì)向?qū)Ш虶eostatistical Analyst工具箱。其中，探索數(shù)據(jù)和地統(tǒng)計(jì)向?qū)Э梢酝ㄟ^Geostatistical Analyst工具條訪問。地統(tǒng)計(jì)向?qū)Э梢龑?dǎo)分析人員逐步完成插值模型的創(chuàng)建和評估過程[1-2]。

本文根據(jù)1989-2015年吉林省森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的地統(tǒng)計(jì)分析擴(kuò)展模塊對吉林省森林火災(zāi)分布特征進(jìn)行空間分析，并對其森林火災(zāi)趨勢進(jìn)行預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1吉林省森林火災(zāi)的總體空間分布特征

根據(jù)1989-2015年27年吉林省森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，吉林省的森林火災(zāi)類型主要為一般森林火災(zāi)和較大森林火災(zāi)，無重大森林火災(zāi)和特別重大森林火災(zāi)，并且各個(gè)地區(qū)的森林火災(zāi)分布存在著不均勻性。

通過ArcMap符號系統(tǒng)中的分級色彩，采用自然間斷分級法，分類數(shù)為“4”，建立森林火災(zāi)空間分布圖，顯示27年的火災(zāi)次數(shù)分布。用顏色由淺至深表示，顏色越深的區(qū)域，表明該區(qū)域森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)越多;顏色越淺，表明該區(qū)域森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)越少。

由圖1可以觀察到，吉林省森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中較多西少”的格局。即吉林省東部為森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)多的區(qū)域，吉林省西部為森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)較少的區(qū)域。

圖1 吉林省森林火災(zāi)空間分布

吉林省東部是我國重點(diǎn)國有林區(qū)，有一級重點(diǎn)森林火險(xiǎn)區(qū)24個(gè)，是該省森林火災(zāi)頻發(fā)地區(qū)。該地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生最多的地方有4個(gè)部分，分別為敦化、安圖、琿春及江源。這4部分也是全省歷年來森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的區(qū)域，分別為126次、87次、85次、85次。在吉林省東部森林火災(zāi)發(fā)生最少的區(qū)域有5個(gè)部分，分別為臨江、長白、集安、通化、柳河。

在中部森林火災(zāi)發(fā)生最多的區(qū)域?yàn)殚L春市市轄區(qū)（除九臺區(qū)）、梨樹及四平市市轄區(qū)，在吉林省中部森林火災(zāi)發(fā)生最少的區(qū)域有東豐、磐石。

吉林省西部重點(diǎn)森林火險(xiǎn)區(qū)較少，只有1個(gè)，從全省來看是森林火災(zāi)發(fā)生最少的地區(qū)，除洮北、鎮(zhèn)賚、扶余有少量森林火災(zāi)發(fā)生外，該地區(qū)大部分幾乎不發(fā)生森林火災(zāi)。

2.2吉林省較大森林火災(zāi)空間分布特點(diǎn)

由圖2可以觀察到，吉林省較大森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。吉林省27年來較大森林火災(zāi)共發(fā)生191起，占森林火災(zāi)總次數(shù)的14.06%，較大森林火災(zāi)發(fā)生較多區(qū)域?yàn)楝q春、敦化、龍井，分別為26起、23起、22起。而吉林省西部地區(qū)的洮北、鎮(zhèn)賚也易發(fā)生較大森林火災(zāi)，原因是這些地方生長的主要是人工楊樹林，林下蒿草繁茂，起火后雖然火勢不大，但蔓延極快，如果發(fā)現(xiàn)和處置不及時(shí)，很容易造成較大及以上的森林火災(zāi)。

圖2 吉林省較大森林火災(zāi)空間分布

2.3吉林省農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)的分布特點(diǎn)

由圖3可以觀察到，吉林省農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西少”的格局。全省27年來，因農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)共320起，占總森林火災(zāi)次數(shù)的23.56%，是該省主要的火源。這類型森林火災(zāi)發(fā)生最多的地方分布在敦化、安圖及輝南3個(gè)區(qū)域，延吉、龍井、靖宇、江源、梅河口、四平的鐵東區(qū)因農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)也較多。

圖3 吉林省農(nóng)事用火引發(fā)的森林火災(zāi)分布

2.4森林火災(zāi)空間數(shù)據(jù)分析

2.4.1正態(tài)Q-Q圖

正態(tài)Q-Q圖上的點(diǎn)可指示數(shù)據(jù)集的單變量分布的正態(tài)性。利用正態(tài)Q-Q圖，將數(shù)據(jù)集與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行比較，如果數(shù)據(jù)是正態(tài)分布的，點(diǎn)將落在45度參考線上，如果數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布的，點(diǎn)將偏離參考線。從圖4可以看出，由吉林省森林火災(zāi)實(shí)際數(shù)據(jù)的取值組成的曲線有接近直線的趨勢，但有許多點(diǎn)偏離參考線，表明吉林省森林火災(zāi)分布屬于離散型概率分布而不屬于正態(tài)分布。

圖4 正態(tài)Q-Q圖

2.4.2趨勢分析

使用ArcGIS10.0中趨勢分析工具探測森林火災(zāi)空間分布趨勢，如圖5所示。趨勢分析圖中的每一根豎棒代表了一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值(高度)和位置。這些點(diǎn)被投影到一個(gè)東西向的和一個(gè)南北向的正交平面上。通過投影點(diǎn)可以做出一條最佳擬合線，并用它來模擬特定方向上存在的趨勢。在圖5中，可以看到投影到東西方向上的趨勢線呈近斜線，南北方向上的趨勢線呈弱反U形，從中我們可以大致得知，此區(qū)域的林火頻數(shù)為東西方向由西向東逐漸升高，南北方向上由北到南逐漸升高且升高到一定階段又開始下降。

圖5 空間趨勢分析

2.5森林火災(zāi)空間分布趨勢預(yù)測

2.5.1預(yù)測圖

采用簡單克里金插值法和普通克里金插值法分別對森林火災(zāi)發(fā)生的空間分布做出趨勢預(yù)測分析，參見圖6、7。圖6、7中顏色由淺至深表示森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的變化，顏色越深表示森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)越多。從圖6可預(yù)測吉林省森林火災(zāi)分布為：2個(gè)林火高發(fā)中心和1個(gè)林火低發(fā)中心。林火高發(fā)中心分別位于敦化、安圖、和龍一帶，琿春一帶。林火低發(fā)中心位于通榆、洮南、鎮(zhèn)賚一帶。從圖7可預(yù)測吉林省森林火災(zāi)分布為：1個(gè)林火高發(fā)中心和3個(gè)林火低發(fā)中心。林火高發(fā)中心位于敦化一帶。3個(gè)林火低發(fā)中心分別位于通榆、洮南一帶，長嶺、雙遼一帶，農(nóng)安、前郭一帶。

圖6 簡單克里金插值法預(yù)測森林火災(zāi)趨勢

2.5.2交叉驗(yàn)證效果

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)平均值預(yù)測誤差接近于0、均方根預(yù)測誤差越小越好、平均標(biāo)準(zhǔn)誤差與均方根預(yù)測誤差差值最小、標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差接近于1的判斷原則，對2種插值交叉驗(yàn)證效果進(jìn)行比較。

從表1各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)來看，2種插值交叉驗(yàn)證效果均較好。然而，用簡單克里金插值法進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)測的均方根與平均標(biāo)準(zhǔn)誤差的差值為0.94339，小于用普通克里金插值法進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)測的均方根與平均標(biāo)準(zhǔn)誤差的差值1.74165，且用簡單克里金插值法進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)均方根較用簡單克里金插值法進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)均方根更接近1，因此，用簡單克里金插值法預(yù)測精度更高。

圖7 普通克里金值法預(yù)測森林火災(zāi)趨勢

表1 2種克里金插值法交叉驗(yàn)證效果

3 結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

1）吉林省各縣（市）的森林火災(zāi)分布存在著不均勻性。森林火災(zāi)總的分布特征呈“東多中較多西少”格局。即吉林省東部為森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)多的區(qū)域，吉林省西部為森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)較少的區(qū)域。其中敦化、安圖、琿春及江源，是吉林省森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的區(qū)域，分別為126次、87次、85次、85次。吉林省西部除洮北、鎮(zhèn)賚、扶余有少量森林火災(zāi)發(fā)生外，該區(qū)域大部分幾乎不發(fā)生森林火災(zāi)。

2）吉林省較大森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。較大森林火災(zāi)發(fā)生較多區(qū)域?yàn)槎鼗?、龍井、琿春。較大森林火災(zāi)發(fā)生較少區(qū)域?yàn)橹胁康貐^(qū)，除四平鐵東區(qū)外。

3）吉林省農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)的空間分布基本為“東多中少西少”的格局。因農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)最多的地方分布在敦化、安圖及輝南3個(gè)區(qū)域，而延吉、龍井、靖宇、江源、梅河口、四平的鐵東區(qū)因農(nóng)事用火引發(fā)森林火災(zāi)也較多。

4）用簡單克里金插值法比普通克里金插值法預(yù)測精度高，其預(yù)測吉林省森林火災(zāi)趨勢為：2個(gè)林火高發(fā)中心和1個(gè)林火低發(fā)中心。林火高發(fā)中心集中在敦化、安圖、和龍一帶及琿春一帶。林火低發(fā)中心位于通榆、洮南、鎮(zhèn)賚一帶。

3.2討論

1）由于吉林省地域廣闊，東、西部氣候差異顯著，各個(gè)區(qū)域森林可燃物類型也不同，林情、社情也存在差別，造成森林火災(zāi)空間分布的差異性。按照林火空間分析結(jié)果，采用分森林火險(xiǎn)等級的林火管理政策和措施，可以科學(xué)地、有效地調(diào)控有限的森林防火資源，使其配置高效化，大幅度提升森林防火科學(xué)化管理水平。

2）本次研究中所采用的樣本數(shù)據(jù)較少，部分樣本數(shù)據(jù)起伏較大，對空間插值分析和趨勢面分析有不同程度的影響。在今后的工作中將采集更多年份的歷史數(shù)據(jù)對森林火災(zāi)的空間分布和預(yù)測做進(jìn)一步的研究和探索。

[1]吳秀芹，張洪巖，李瑞改，等.ArcGis9地理信息系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[2]牟乃夏，劉文寶，王海銀，等.ArcGis10地理信息系統(tǒng)教程—從初學(xué)到精通[M].北京：測繪出版社，2013.

（責(zé)任編輯：陳小華）

S762.3

A

2015-08-31

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目（吉推[2014]02）