崔亮，張繼權(quán)，包玉龍，佟志軍，劉興朋

（東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院自然災(zāi)害研究所，吉林 長(zhǎng)春130024）

草地，尤其中國(guó)草地，作為主要陸地生態(tài)系統(tǒng)之一，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，遭受濫墾濫牧和不良管理的摧殘［1］。草地不僅是畜牧業(yè)的生產(chǎn)基地，而且是生態(tài)安全屏障保護(hù)和牧民生活與草原文化傳承的基礎(chǔ)，具有生態(tài)、生產(chǎn)和生活功能［2］。我國(guó)草原面積廣大，區(qū)域間自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、民族文化等差異明顯，且隨著多因素的影響和時(shí)間的推移，草原正向多維方向演化和發(fā)展［3］。草原火災(zāi)作為影響牧區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，往往是最頻繁發(fā)生且極容易引起森林火災(zāi)。據(jù)1980年的全國(guó)草地資源調(diào)查，我國(guó)草地面積約有4億hm2，約占國(guó)土面積的40%以上，是世界上第三草地大國(guó)。我國(guó)草地基本上分成三大片：北方溫帶草原、青藏高寒草地，南方熱帶亞熱帶草地。1949年以來(lái)我國(guó)牧區(qū)共發(fā)生草原火災(zāi)5萬(wàn)多起，受害草原面積2億多hm2。1987年以后，我國(guó)加強(qiáng)了草原防火工作，通過(guò)增加資金投入、加強(qiáng)法規(guī)建設(shè)和機(jī)構(gòu)建設(shè)，提高防撲火裝備水平和科技水平，推廣配套的防撲火技術(shù)，獲得了很好的效果。近年來(lái)，隨著我國(guó)草原保護(hù)建設(shè)工程的實(shí)施，草原植被得到有效恢復(fù)，火險(xiǎn)等級(jí)也在逐步攀升，草原火災(zāi)威脅日益加重。因此，進(jìn)行草原火災(zāi)的研究對(duì)于改善我國(guó)生態(tài)大環(huán)境、促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

在國(guó)外，草原火災(zāi)作為野火的一部分進(jìn)行研究，而單獨(dú)進(jìn)行草原火災(zāi)的研究也很少。在國(guó)內(nèi)，火災(zāi)科學(xué)研究者對(duì)森林火災(zāi)的研究較為深入，而草原火災(zāi)的研究則相對(duì)滯后，關(guān)于草原火災(zāi)的研究多集中于草原火險(xiǎn)研究［4，5］和草原火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警研究［6］。

“草原火險(xiǎn)”即草原火的危險(xiǎn)性，可理解為某一地區(qū)某一時(shí)段內(nèi)著火的危險(xiǎn)程度，或者說(shuō)著火的可能性?；痣U(xiǎn)是對(duì)影響火災(zāi)孕育（孕災(zāi)環(huán)境）、發(fā)生的所有因子（致災(zāi)因子）的綜合評(píng)價(jià)，反映了這些因子的變化對(duì)火災(zāi)發(fā)生的可能影響，同時(shí)也反映了草地在所有因子作用下的火成熟狀態(tài)，即可燃性。草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是指在失去人們的控制時(shí)草原火的活動(dòng)（發(fā)生、發(fā)展）及其對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)和草原生態(tài)系統(tǒng)造成破壞損失（包括經(jīng)濟(jì)、人口、牲畜、草場(chǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施等）的可能性，而不是草原火災(zāi)損失本身。當(dāng)這種由于火災(zāi)導(dǎo)致的損害的可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，即為草原火災(zāi)［7］。國(guó)外研究多集中于森林、森林草原火背景因素（可燃物、氣象因素和地形）影響下的野火危險(xiǎn)性（火險(xiǎn)）預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等方面，通常稱(chēng)為草原火災(zāi)氣候預(yù)警，研究方法以數(shù)理統(tǒng)計(jì)和過(guò)程模擬為主，分別從火源、地理因素、可燃物類(lèi)型與特征、氣象條件等方面構(gòu)建草原、森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)指標(biāo)體系和預(yù)報(bào)模型，構(gòu)造火災(zāi)危險(xiǎn)指數(shù)。具有代表性的研究工作是勞倫斯－利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Lab）和洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory，LANL）完成了一個(gè)國(guó)家野火自動(dòng)氣候火險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型（NWPP），它對(duì)火行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，可為撲火和滅火等提供技術(shù)支持［8］。Brillinger等［9］利用Logistic回歸模型預(yù)測(cè)森林野火發(fā)生的概率，得到了理想預(yù)測(cè)結(jié)果。

草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是減少草原火災(zāi)損失的有效措施，而構(gòu)造草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是實(shí)現(xiàn)草原火險(xiǎn)預(yù)警的主要手段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)草原火災(zāi)預(yù)警的研究主要是火險(xiǎn)預(yù)警，大體上經(jīng)歷了3個(gè)階段：20世紀(jì)60－70年代，主要使用氣象因素作為火險(xiǎn)預(yù)測(cè)的因子，始終把氣象要素作為主要的預(yù)報(bào)參數(shù)；20世紀(jì)80－90年代，隨著遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了火險(xiǎn)指數(shù)研究的發(fā)展，多因子火險(xiǎn)預(yù)測(cè)開(kāi)始起步；20世紀(jì)90年代至今，隨著網(wǎng)絡(luò)化和遙感監(jiān)測(cè)手段的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者綜合考慮可燃物狀況、氣象條件、地形等因素來(lái)計(jì)算草原火險(xiǎn)指數(shù)，使得火險(xiǎn)指數(shù)的使用更加便利和快捷。周利霞［10］利用MODIS數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，以黑龍江省和南方幾省為例，就火險(xiǎn)預(yù)報(bào)和火點(diǎn)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了深入的研究；陳世榮［11］以MODIS為數(shù)據(jù)源，結(jié)合GIS技術(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)我國(guó)北方草原生態(tài)和環(huán)境特點(diǎn)，在分析草原火災(zāi)發(fā)生和遙感信息傳輸機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用遙感反演植被葉面水分、陸地地表溫度以及枯草率、可燃物重量和草地連續(xù)度5個(gè)基本指標(biāo)構(gòu)造了基于遙感的草原火險(xiǎn)指數(shù)。

通過(guò)對(duì)草原火災(zāi)研究現(xiàn)狀分析可以看出，目前對(duì)草原火災(zāi)研究主要集中于過(guò)多采用歷史案例進(jìn)行草原火災(zāi)起火概率評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)的火險(xiǎn)預(yù)警一般是氣候預(yù)警和遙感監(jiān)測(cè)火點(diǎn)預(yù)警，可以說(shuō)都是火危險(xiǎn)性預(yù)警，尚未發(fā)展到基于風(fēng)險(xiǎn)理論的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。本研究以呼倫貝爾草原為研究區(qū)域，基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成原理、草原火災(zāi)形成原理，從災(zāi)害科學(xué)、風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)、草地學(xué)等學(xué)科觀點(diǎn)出發(fā)，綜合考慮呼倫貝爾草原自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體角度對(duì)草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警進(jìn)行研究。利用Logistic回歸、GIS技術(shù)、可燃物室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等技術(shù)方法確定在不同草原火險(xiǎn)條件下火災(zāi)發(fā)生的概率；建立草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型；確定火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型閾值，最后實(shí)現(xiàn)呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)日預(yù)警。

從研究尺度上講，基于網(wǎng)格尺度的研究可以提高研究結(jié)果精度。網(wǎng)格是在GIS環(huán)境下，利用HawthsTools插件建立矢量網(wǎng)格，結(jié)合GIS強(qiáng)大的分析功能，為研究提供了新思路。以網(wǎng)格為單位，改變了以往以行政區(qū)為單位來(lái)采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行分析的較低精度的固定模式。

草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與傳統(tǒng)的草原火災(zāi)預(yù)警的區(qū)別在于，前者主要利用多學(xué)科交叉理論和方法，結(jié)合傳統(tǒng)研究方法和現(xiàn)代地學(xué)技術(shù)，基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上的預(yù)警（風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警），將草原火災(zāi)氣候預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果結(jié)合起來(lái)的預(yù)警，即不止對(duì)草原火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)警，更重要的是可以預(yù)測(cè)其期望的損失，可以使草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警研究能更好的為草原火災(zāi)管理部門(mén)服務(wù)。此外，就預(yù)警的時(shí)間尺度而言，本研究方法可以預(yù)測(cè)不同時(shí)間尺度（日、月、旬、年）的草原火發(fā)生的可能性及其可能造成的損失。這也是與傳統(tǒng)火險(xiǎn)預(yù)警的主要區(qū)別。

圖1 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)四要素示意圖Fig.1 The four components of natural disaster risk

1 材料與方法

1.1 理論依據(jù)

1.1.1 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成原理 自然災(zāi)害指由于自然變異因子對(duì)人類(lèi)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成損失的事件［12］。自然災(zāi)害是地球表層孕災(zāi)環(huán)境（E）、致災(zāi)因子（H）、承災(zāi)體（S）綜合作用的產(chǎn)物。具體而言，就是指某一地區(qū)某一時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生哪些災(zāi)害、活動(dòng)程度、破壞損失及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的破壞影響可能有多大。根據(jù)目前比較公認(rèn)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制［13］，自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要取決于4個(gè)因素，如圖1所示。

因此在區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成過(guò)程中，危險(xiǎn)性（H）、暴露性（E）、脆弱性（V）和防災(zāi)減災(zāi)能力（R）是缺一不可的，是四者綜合作用的結(jié)果。其數(shù)學(xué)計(jì)算公式為：I＝H∩E∩V∩R

1.1.2 災(zāi)害預(yù)警理論 預(yù)警是指對(duì)某一警素的現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行測(cè)度，預(yù)報(bào)不正常狀態(tài)的時(shí)空范圍和危害程度［14］。近年來(lái)預(yù)警理論在地質(zhì)災(zāi)害、氣象、環(huán)境災(zāi)害等方面得到了更為廣泛的應(yīng)用，氣象預(yù)報(bào)預(yù)警就是成功的范例。

由于災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展給人類(lèi)帶來(lái)巨大的損失，而且其發(fā)生具有一定的先兆，因此，可以通過(guò)預(yù)警研究對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、度量和分析，從而進(jìn)行警情判定和警度預(yù)報(bào)，及時(shí)了解災(zāi)害的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和危害程度，達(dá)到警示、規(guī)范人們行為之目的［15］。預(yù)警的分析流程為：確定警情→尋找警源→分析警兆→預(yù)報(bào)警度→決策分析，并在其流程的運(yùn)作中發(fā)揮作用［16］。

1.1.3 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警原理 進(jìn)行預(yù)警必須明確預(yù)警各個(gè)流程的基本概念。首先要確定警情，警情是預(yù)警研究的對(duì)象，本研究即草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；其次是警源，警源是指警情產(chǎn)生的根源，在草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警研究中指直接影響到草原火災(zāi)的發(fā)生和造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失的各種因素；警兆是出現(xiàn)警情的先兆，是對(duì)警源發(fā)展變化的綜合反映，警源的量變即為警兆。某一警源的變化可以引起其他警源的變化，進(jìn)而反應(yīng)為警兆，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警必須綜合考慮致災(zāi)因子和承災(zāi)體的綜合影響，因此將警兆劃分為內(nèi)生警兆和外生警兆；外生警兆和內(nèi)生警兆的綜合作用形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警警度。

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)四因子理論、區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論和災(zāi)害預(yù)警理論，概括出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警理論示意圖（圖2）。

圖2 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警形成示意圖Fig.2 Sketch map of early warning of disaster risk

圖3 草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警概念框架Fig.3 Conceptual framework of grassland fire disaster risk early warning

1.2 草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警內(nèi)涵和概念框架

進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警必須綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)理論、區(qū)域?yàn)?zāi)害理論和災(zāi)害預(yù)警理論，既要包括造成災(zāi)害的直接原因，也要考慮承災(zāi)體的狀況。基于上述理論，建立草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警概念框架（圖3），草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警定量描述公式為：草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警＝內(nèi)生警兆∩外生警兆。

1.3 研究區(qū)概況

呼倫貝爾草原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，北緯47°05′～53°04′、東經(jīng) 115°31′～126°14′，總面積約93 000km2，行政范圍上包括陳巴爾虎旗、鄂溫克旗、新巴爾虎左旗、新巴爾虎右旗和海拉爾市、滿洲里市（圖4）。地勢(shì)東高西低，海拔在600～1 000m，溫帶大陸氣候，年降水量250～400mm，自東南向西北遞減，年均溫－3～0℃，自東南向西北遞增。無(wú)霜期80～110d，地帶性植被呈草甸草原、干草原有規(guī)律分布［17－23］。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

草原火災(zāi)資料來(lái)源于農(nóng)業(yè)部草原監(jiān)理中心草原防火處，氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：／／cdc.cma.gov.cn／），社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)［24］。

2 結(jié)果與分析

2.1 呼倫貝爾草原火災(zāi)預(yù)警警源識(shí)別

警源是引起警情的各種可能因素。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的警源可以分為2類(lèi)：內(nèi)生警源與外生警源。內(nèi)生警源，指所研究對(duì)象系統(tǒng)內(nèi)部的影響因素；外生警源，就是指所研究對(duì)象系統(tǒng)外部的影響因素［18］。對(duì)于草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，其內(nèi)生警源為直接影響草原火災(zāi)發(fā)生的所有因素，是火災(zāi)能否發(fā)生的充分條件，主要是各種氣象因素及可燃物狀況；其外生警源為影響草原火災(zāi)損失的所有因素，草原火災(zāi)所造成損失主要包括經(jīng)濟(jì)損失和生命損失，對(duì)潛在經(jīng)濟(jì)損失和生命損失造成直接影響的所有因子即為外生警源。

影響草原火災(zāi)預(yù)警內(nèi)生警源的氣象因子主要包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量、日照時(shí)數(shù)等。高溫，特別是連續(xù)多日的高溫天氣會(huì)大大增強(qiáng)可燃物的可燃性；連續(xù)多日無(wú)雨天氣能使可燃物和空氣迅速變干，經(jīng)過(guò)多年統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)日降水量大于5mm以上時(shí)均無(wú)火災(zāi)發(fā)生；大風(fēng)天氣非常容易發(fā)生火災(zāi)，但以多日干旱和無(wú)雨天氣為前提條件。從全年各月火災(zāi)分布動(dòng)態(tài)來(lái)看，草原地區(qū)火災(zāi)主要發(fā)生在3－6月和9－11月［19］，所以本研究?jī)H從上述時(shí)間尺度進(jìn)行研究。

圖4 研究區(qū)位置圖Fig.4 Location of study area

通過(guò)對(duì)多年的資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，降水量、最小相對(duì)濕度、最高氣溫、日最大風(fēng)速與火災(zāi)的發(fā)生存在著密切的關(guān)系［20，21］，起火原因統(tǒng)計(jì)資料表明草原火災(zāi)的主要起因是吸煙、上墳、惡意縱火等人為原因，它和當(dāng)?shù)氐娜丝诿芏让芮邢嚓P(guān)，呼倫貝爾草原地形起伏平緩，海拔多集中于600m左右，研究區(qū)內(nèi)高差小于400m，因此沒(méi)有考慮地形因子。

不同草地類(lèi)型易燃程度不同，同時(shí)由于草地類(lèi)型是定性指標(biāo)，有必要對(duì)草地類(lèi)型進(jìn)行量化。通過(guò)對(duì)呼倫貝爾草原火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)：草地類(lèi)型作為草原火災(zāi)的承災(zāi)體，其危險(xiǎn)性程度與草原火災(zāi)的發(fā)生關(guān)系密切，不同草地類(lèi)型上火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)差別明顯。為了刻畫(huà)不同草地類(lèi)型的危險(xiǎn)性程度，可以用不同草地類(lèi)型歷史上火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)來(lái)描述草地類(lèi)型的危險(xiǎn)性，即某種草地上過(guò)去發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)越多，說(shuō)明該草地類(lèi)型火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，相應(yīng)其量化值較大。草地類(lèi)型量化時(shí)參考了劉興朋等［22］的研究方法（表1），其中火災(zāi)次數(shù)為1994－2004年間不同草地類(lèi)型上火災(zāi)統(tǒng)計(jì)。

通過(guò)上述分析，呼倫貝爾草原風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警內(nèi)生警源選取的指標(biāo)有：日平均風(fēng)速（m／s）、日平均相對(duì)濕度（%）、日降水量（mm）、日最高氣溫（℃）、日照時(shí)數(shù)（h）、草地類(lèi)型量化值。

經(jīng)濟(jì)潛在損失是指受到危險(xiǎn)因素威脅的所有財(cái)產(chǎn)。草原火災(zāi)所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失包括牲畜傷亡、房屋毀壞、牲畜棚圈毀壞、飼草燒毀等。

生命潛在損失是指在給定危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的承災(zāi)體由于危險(xiǎn)因素而造成的傷害或損失程度。生命潛在損失的影響因子即暴露于研究區(qū)的所有人口，其中老幼人口極易受到災(zāi)害的影響，因此選擇0～6、60歲以上年齡人口數(shù)作為衡量生命潛在損失的另一個(gè)重要指標(biāo)。

防災(zāi)減災(zāi)能力的大小受災(zāi)區(qū)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)和發(fā)生后恢復(fù)能力的影響，較強(qiáng)的防災(zāi)減災(zāi)能力能緩解火災(zāi)所造成的影響。因此選取防火人員數(shù)量（人）、防火物資（萬(wàn)元）、公路網(wǎng)密度（km／km2）、水體面積（km2）來(lái)衡量草原火災(zāi)防災(zāi)減災(zāi)能力的大小。

表1 呼倫貝爾不同草地類(lèi)型等級(jí)量化值Table 1 Qualification of different types of grassland in Hulunbeier

綜合上述分析，呼倫貝爾草原風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警外生警源主要是經(jīng)濟(jì)影響因子和生命損失影響因子和防災(zāi)減災(zāi)能力。

2.2 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警警兆分析

呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的警兆依據(jù)對(duì)警源的分析，可以將警兆劃分為由內(nèi)生警源產(chǎn)生的內(nèi)生警兆和由外生警源產(chǎn)生的外生警兆（表2）。內(nèi)生警兆是對(duì)內(nèi)生警源的綜合評(píng)價(jià)，表現(xiàn)為火災(zāi)發(fā)生的可能性，本研究用Logistic回歸模型分析內(nèi)生警兆；外生警兆是對(duì)外生警源所造成的草原火災(zāi)潛在損失的綜合評(píng)價(jià)，它與經(jīng)濟(jì)因子（E）、人口因子（P0）和防災(zāi)減災(zāi)能力因子（R）有密切關(guān)系。

表2 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警警兆Table 2 Warning sign of early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland

2.3 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系

通過(guò)分析影響草原火災(zāi)預(yù)警的警源及警兆，建立草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系（表3），整個(gè)指標(biāo)體系分為警源、警兆因子和警兆。

2.4 草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

定義草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)GDEWI。先找到各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的最大值及最小值，根據(jù)公式（1）對(duì)外生警源進(jìn)行指標(biāo)的無(wú)量綱化處理。

式中，Xi為第i個(gè)警源，X′i為無(wú)量綱化處理后第i個(gè)警源。Ximax和Ximin分別指該指標(biāo)的最大值和最小值。

2.5 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型建立

草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)（GDEWI）是對(duì)草原火災(zāi)的內(nèi)生警兆（P）和外生警兆（Dg）的綜合評(píng)價(jià)。草原火災(zāi)內(nèi)生警兆（P）依據(jù)Logistic回歸模型建立；草原火災(zāi)的外生警兆與經(jīng)濟(jì)因子（E）、人口因子（P0）和防災(zāi)減災(zāi)能力（R）有密切關(guān)系。草原火災(zāi)潛在的損失（Dg）與經(jīng)濟(jì)因子和人口因子呈正相關(guān)，與防災(zāi)減災(zāi)能力呈負(fù)相關(guān)；根據(jù)以上的分析，對(duì)草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)的計(jì)算公式如下：

表3 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系Table 3 Indicators system and weights of early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland

式中，Pm／t為在地點(diǎn)m時(shí)間t草原火災(zāi)發(fā)生的可能性，Pm／t∈［0，1］，Pm／t越大，草原火災(zāi)發(fā)生的可能性越大；Dg指呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警外生警兆；E（X）、P0（X）、R（X）的值相應(yīng)地表示經(jīng)濟(jì)因子、人口因子和防災(zāi)減災(zāi)能力大??；xk為內(nèi)生警兆對(duì)應(yīng)的警源，bk為其回歸系數(shù)；E1，E2，E3，E4，E5，E6分別為經(jīng)濟(jì)因子中對(duì)應(yīng)的警源；P1，P2分別為人口因子對(duì)應(yīng)的警源；R1，R2，R3，R4分別為防災(zāi)減災(zāi)能力因子對(duì)應(yīng)的警源。w分別為利用層次分析法得到的E（X）、P0（X）、R（X）的權(quán)重值。當(dāng)R（X）＝0且E（X）＝1、P0（X）＝1時(shí)，Dg＝1；當(dāng)R（X）＝1，E（X）×P0（X）＝0時(shí)，Dg＝0；當(dāng)R（X）＝1且E（X）＝1、P0（X）＝1時(shí)，Dg＝0.5。

2.5.1 內(nèi)生警兆評(píng)價(jià) 變量N的定義。在地點(diǎn)m和時(shí)間t時(shí)，N＝1表示火險(xiǎn)發(fā)生；N＝0表示沒(méi)有火險(xiǎn)發(fā)生。將選取上述草原火險(xiǎn)變量代入Logistic回歸模型［23］，得到草原火險(xiǎn)概率預(yù)測(cè)公式：

式中，Um／t指地點(diǎn)m在時(shí)間t的各解釋變量。Ws為日平均風(fēng)速（m／s）；Hu為日平均相對(duì)濕度（%）；Pr為日降水量（mm）；Te為日最高氣溫（℃）；Sh為日照時(shí)數(shù)（h）；Gt為草地類(lèi)型量化值；b1，b2，b3，b4，b5，b6為內(nèi)生警兆割警源對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)，b0是常數(shù)。

因此，可以使用公式（8）計(jì)算地點(diǎn)m在時(shí)間t發(fā)生火災(zāi)的概率Pm／t，將公式（8）進(jìn)行邏輯回歸變換得到公式（9）：

用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS計(jì)算所得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，日照時(shí)數(shù)的顯著性檢驗(yàn)概率值為0.711，超過(guò)可接受錯(cuò)誤的邊界水平0.05，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。剔除變量日照時(shí)數(shù)，對(duì)剩余5個(gè)變量進(jìn)行分析，通過(guò)分析可知，各個(gè)要素的顯著性檢驗(yàn)概率值均小于0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由此建立的草原火險(xiǎn)主效應(yīng)邏輯回歸模型為：

將公式（10）中各個(gè)變量的系數(shù)代入到公式（8）即可計(jì)算火險(xiǎn)概率。

2.5.2 外生警兆評(píng)價(jià) 外生警兆評(píng)價(jià)采用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法：公式（4），通過(guò)對(duì)多位草原火災(zāi)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家的咨詢，把各指標(biāo)按照相對(duì)重要程度進(jìn)行九分位打分，通過(guò)專(zhuān)家打分構(gòu)造判斷矩陣計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)（表4）。

表4 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警外生警兆Table 4 Exogenous source of grassland fire disaster risk early warning in Hulunbeier

2.6 警源空間展布

本研究以網(wǎng)格為空間尺度，綜合考慮實(shí)際情況，避免造成過(guò)多的網(wǎng)格沒(méi)有數(shù)據(jù)并且便于行政管理。網(wǎng)格既具有柵格數(shù)據(jù)的顯示形式，又具有矢量數(shù)據(jù)的屬性信息，是將傳統(tǒng)意義上的矢量數(shù)據(jù)詳細(xì)化。

2.6.1 日最高氣溫空間展布 日最高氣溫的網(wǎng)格化利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析中的Geostatistical Analyst模塊，采用協(xié)同克里格插值方法進(jìn)行空間插值。協(xié)同克里格利用空間位置樣點(diǎn)間的相關(guān)關(guān)系，且某些屬性不易獲得，借助其他屬性去實(shí)現(xiàn)對(duì)另一屬性的空間插值。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)氣溫主要的影響因素為經(jīng)緯度和地形特點(diǎn)，因此本研究對(duì)氣溫的插值考慮高程、經(jīng)度和緯度的影響，利用協(xié)同克里格插值建立氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)與海拔、經(jīng)度、緯度的函數(shù)關(guān)系即y＝f（φ，λ，h），式中，φ表示經(jīng)度；λ表示緯度；h表示高程，以求得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。以1996年4月22日日最高氣溫為例，行進(jìn)插值（圖5）。

2.6.2 人口因子空間展布 人口數(shù)量網(wǎng)格化采用多因素綜合分析法，通過(guò)多元相關(guān)分析、回歸分析等確定與人口相關(guān)的關(guān)鍵因素，進(jìn)行網(wǎng)格化。本研究對(duì)2003年的人口數(shù)量進(jìn)行展布，作為1994－2004年各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的人口數(shù)量（圖6），其中，人口數(shù)量與路網(wǎng)密度和草地面積的相關(guān)系數(shù)分別為0.927和－0.985，與高程的相關(guān)系數(shù)為0.531，得出人口空間展布方程：

式中，W為路網(wǎng)密度、G為草地面積、P0為人口數(shù)量。

本研究脆弱人口的展布通過(guò)建立與居民地密度的相關(guān)關(guān)系，利用一元回歸分析確定人口與居民地密度的回歸方程，進(jìn)行網(wǎng)格化：

式中，N為居民地密度，Pv為脆弱人口數(shù)量（圖7）。

2.6.3 經(jīng)濟(jì)因子空間展布 經(jīng)濟(jì)因子空間展布采用協(xié)同克里格插值方法。經(jīng)濟(jì)因子的影響因素主要是人口數(shù)量的多少，以各旗縣相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，以人口數(shù)量、居民地?cái)?shù)量為協(xié)同數(shù)據(jù)即y＝f（P0，Re），式中，P0表示人口數(shù)量；Re表示居民地?cái)?shù)量，利用協(xié)同克里格地統(tǒng)計(jì)空間插值方法，對(duì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值（圖8）。

圖5 日最高氣溫空間展布Fig.5 The distribution of daily maximum temperature

圖6 呼倫貝爾草原人口展布圖Fig.6 The distribution of population in Hulunbeier grassland

圖7 呼倫貝爾草原脆弱人口展布圖Fig.7 The distribution of vulnerable populations in Hulunbeier grassland

2.7 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型閾值

本研究利用最優(yōu)分割法對(duì)呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警閾值進(jìn)行了定量的、客觀的劃分。作為分析數(shù)據(jù)特征的一種聚類(lèi)方法，最優(yōu)分割法將一個(gè)數(shù)據(jù)集劃分為若干個(gè)類(lèi)，使得類(lèi)內(nèi)相似性盡可能大且類(lèi)型間相似性盡可能小，進(jìn)而保證了等級(jí)之間的差別很大，與傳統(tǒng)的對(duì)預(yù)警等級(jí)進(jìn)行等分具有明顯的優(yōu)勢(shì)。選擇1994－2004年呼倫貝爾草原火災(zāi)典型案例，使得特大火災(zāi)、重大火災(zāi)、火災(zāi)、火警案例次數(shù)相同，并計(jì)算每次火災(zāi)的預(yù)警值，然后用最優(yōu)分割對(duì)所有樣本的預(yù)警值進(jìn)行最優(yōu)分割（表5），確定最優(yōu)預(yù)警等級(jí)及閾值，進(jìn)而以此為依據(jù)進(jìn)行草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

圖8 呼倫貝爾草原牧業(yè)產(chǎn)值展布Fig.8 The distribution of animal husbandry output in Hulunbeier grassland

表5 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警閾值Table 5 Threshold value of early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland

圖9 2005年4月27日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警Fig.9 Early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland in April 27，2005

圖10 2005年4月28日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警Fig.10 Early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland in April 28，2005

圖11 2005年4月29日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警Fig.11 Early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland in April 29，2005

圖12 2005年4月30日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警Fig.12 Early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland in April 30，2005

圖13 2005年5月1日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警Fig.13 Early warning of fire disaster risk in Hulunbeier grassland in May 1，2005

2.8 呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警實(shí)例

按照上述風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警理論和方法，以2005年呼倫貝爾草原火災(zāi)案例為例對(duì)呼倫貝爾草原火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。將火災(zāi)發(fā)生當(dāng)日警源進(jìn)行網(wǎng)格化，利用公式（8）、公式（3）計(jì)算當(dāng)日呼倫貝爾草原內(nèi)生警兆和外生警兆，然后利用公式（2）計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，根據(jù)表（5）中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警閾值確定預(yù)警警報(bào)，并得到草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖，由此對(duì)草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警，圖中黑點(diǎn)為起火地點(diǎn)，網(wǎng)格顏色的深淺表示預(yù)警值。

圖9～13為2005年4月28日－2005年5月1日呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)連續(xù)動(dòng)態(tài)預(yù)警圖。4月28日橙色和紅色預(yù)警區(qū)網(wǎng)格數(shù)量較少，僅位于新巴爾虎左旗中部地區(qū)，隨著時(shí)間的推移橙色、紅色預(yù)警區(qū)逐漸擴(kuò)大并向東逐漸推移，5月1日紅色預(yù)警區(qū)已經(jīng)非常大，非常容易發(fā)生草原火災(zāi)、火災(zāi)潛在損失較大，新巴爾虎左旗、陳巴爾虎旗南部和鄂溫克旗3個(gè)旗交界的地方火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)非常高，極易發(fā)生火災(zāi)，該日鄂溫克旗西蘇木發(fā)生了草原火災(zāi)，過(guò)火面積620hm2，火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)正位于該高預(yù)警等級(jí)區(qū)域。隨著時(shí)間的變化，高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)隨之變化，表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)預(yù)警和空間預(yù)警能力。

3 結(jié)論與討論

傳統(tǒng)的火險(xiǎn)預(yù)警一般是氣候預(yù)警和遙感監(jiān)測(cè)火點(diǎn)預(yù)警，可以說(shuō)都是火危險(xiǎn)性預(yù)警，尚未發(fā)展到基于風(fēng)險(xiǎn)理論的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，與已有研究成果相比本研究較好的解決了草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警時(shí)空預(yù)測(cè)方面的特性，能隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)預(yù)警呼倫貝爾每日高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并且以網(wǎng)格為單位，精確顯示高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，大大提高了預(yù)警精度；以2005年呼倫貝爾草原火災(zāi)案例為例對(duì)呼倫貝爾草原火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警高的區(qū)域吻合較好，表明該預(yù)警模型的準(zhǔn)確性；草原可視為介于環(huán)境梯度的中間，是森林和沙漠之間的地帶，因此草原的生態(tài)意義極大。草原也是我國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在草原災(zāi)害系列中，草原火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難，對(duì)草原資源危害極為嚴(yán)重。同時(shí)草原火災(zāi)的發(fā)生也給牧區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)很大威脅，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)安定帶來(lái)巨大影響。本研究根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和災(zāi)害預(yù)警理論，建立草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系和模型。在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警建模過(guò)程中，本研究采用的是層次分析法，結(jié)合加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法得出草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，并以網(wǎng)格方法對(duì)呼倫貝爾草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警進(jìn)行了研究。研究結(jié)果可以為草原火災(zāi)應(yīng)急管理部門(mén)進(jìn)行火災(zāi)管理、應(yīng)急決策制定提供依據(jù)和指導(dǎo)，并為災(zāi)情評(píng)估提供可靠依據(jù)。

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