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數(shù)據(jù)的收集與處理，運用ArcGIS中探索性空間數(shù)據(jù)分析技術對吉林省森林火災發(fā)生次數(shù)進行了空間特性分析，并用克里金插值方法對吉林森林火災進行趨勢預測。結果表明：①吉林省各縣（市）的森林火災分布存在著不均勻性。森林火災總的分布特征呈“東多中較多西少”格局。其中敦化、安圖、琿春及江源，是吉林省森林火災發(fā)生次數(shù)最多的區(qū)域。②吉林省較大森林火災的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。較大火災發(fā)生較多區(qū)域為敦化、龍井、琿春。③吉林省農事用火引發(fā)森林火災的空間分布基本為“東多中少西少”的格局。最集中分布在敦化、安圖及輝南3個區(qū)域。④用簡單克里金插值法比普通克里金插值法預測吉林省森林火災趨勢精度高，其預測趨勢為：2個森林火災高發(fā)中心和1個森林火災低發(fā)中心。

森林火災；空間分布；克里金插值法；預測趨勢；吉林

1 材料與方法

1.1材料

收集吉林省1989-2015年的森林火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中包含林火發(fā)生時間、撲滅時間、火點地理坐標、過火面積、受害森林面積、火災損失、起火原因、撲火力量等。

1.2方法

ArcGIS10的地統(tǒng)計分析擴展模塊通過利用確定性插值方法和地統(tǒng)計方法對表面進行建模，是個功能強大，簡單易用的數(shù)據(jù)分析與表面建模工具。地統(tǒng)計分析模塊包括3個部分：探索性空間數(shù)據(jù)分析(exploratory spatial data analysis,ESDA)、地統(tǒng)計向導和Geostatistical Analyst工具箱。其中，探索數(shù)據(jù)和地統(tǒng)計向導可以通過Geostatistical Analyst工具條訪問。地統(tǒng)計向導可引導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年吉林省森林火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的地統(tǒng)計分析擴展模塊對吉林省森林火災分布特征進行空間分析，并對其森林火災趨勢進行預測。

2 結果與分析

2.1吉林省森林火災的總體空間分布特征

根據(jù)1989-2015年27年吉林省森林火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)，吉林省的森林火災類型主要為一般森林火災和較大森林火災，無重大森林火災和特別重大森林火災，并且各個地區(qū)的森林火災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”，建立森林火災空間分布圖，顯示27年的火災次數(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)域森林火災發(fā)生次數(shù)越多;顏色越淺，表明該區(qū)域森林火災發(fā)生次數(shù)越少。

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

圖1 吉林省森林火災空間分布

吉林省東部是我國重點國有林區(qū)，有一級重點森林火險區(qū)24個，是該省森林火災頻發(fā)地區(qū)。該地區(qū)森林火災發(fā)生最多的地方有4個部分，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發(fā)生最少的區(qū)域有5個部分，分別為臨江、長白、集安、通化、柳河。

在中部森林火災發(fā)生最多的區(qū)域為長春市市轄區(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發(fā)生最少的區(qū)域有東豐、磐石。

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

2.2吉林省較大森林火災空間分布特點

由圖2可以觀察到，吉林省較大森林火災的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。吉林省27年來較大森林火災共發(fā)生191起，占森林火災總次數(shù)的14.06%，較大森林火災發(fā)生較多區(qū)域為琿春、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，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，很容易造成較大及以上的森林火災。

圖2 吉林省較大森林火災空間分布

2.3吉林省農事用火引發(fā)森林火災的分布特點

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

圖3 吉林省農事用火引發(fā)的森林火災分布

2.4森林火災空間數(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)集與標準正態(tài)分布進行比較，如果數(shù)據(jù)是正態(tài)分布的，點將落在45度參考線上，如果數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布的，點將偏離參考線。從圖4可以看出，由吉林省森林火災實際數(shù)據(jù)的取值組成的曲線有接近直線的趨勢，但有許多點偏離參考線，表明吉林省森林火災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數(shù)據(jù)點的值(高度)和位置。這些點被投影到一個東西向的和一個南北向的正交平面上。通過投影點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森林火災空間分布趨勢預測

2.5.1預測圖

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發(fā)生的空間分布做出趨勢預測分析，參見圖6、7。圖6、7中顏色由淺至深表示森林火災發(fā)生次數(shù)的變化，顏色越深表示森林火災發(fā)生次數(shù)越多。從圖6可預測吉林省森林火災分布為：2個林火高發(fā)中心和1個林火低發(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可預測吉林省森林火災分布為：1個林火高發(fā)中心和3個林火低發(fā)中心。林火高發(fā)中心位于敦化一帶。3個林火低發(fā)中心分別位于通榆、洮南一帶，長嶺、雙遼一帶，農安、前郭一帶。

圖6 簡單克里金插值法預測森林火災趨勢

2.5.2交叉驗證效果

根據(jù)標準平均值預測誤差接近于0、均方根預測誤差越小越好、平均標準誤差與均方根預測誤差差值最小、標準均方根預測誤差接近于1的判斷原則，對2種插值交叉驗證效果進行比較。

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

圖7 普通克里金值法預測森林火災趨勢

表1 2種克里金插值法交叉驗證效果

3 結論與討論

3.1結論

1）吉林省各縣（市）的森林火災分布存在著不均勻性。森林火災總的分布特征呈“東多中較多西少”格局。即吉林省東部為森林火災發(fā)生次數(shù)多的區(qū)域，吉林省西部為森林火災發(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發(fā)生外，該區(qū)域大部分幾乎不發(fā)生森林火災。

2）吉林省較大森林火災的空間分布基本為“東多中少西較多”的格局。較大森林火災發(fā)生較多區(qū)域為敦化、龍井、琿春。較大森林火災發(fā)生較少區(qū)域為中部地區(qū)，除四平鐵東區(qū)外。

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

4）用簡單克里金插值法比普通克里金插值法預測精度高，其預測吉林省森林火災趨勢為：2個林火高發(fā)中心和1個林火低發(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，造成森林火災空間分布的差異性。按照林火空間分析結果，采用分森林火險等級的林火管理政策和措施，可以科學地、有效地調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)對森林火災的空間分布和預測做進一步的研究和探索。

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

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

（責任編輯：陳小華）

S762.3

A

2015-08-31

中央財政林業(yè)科技推廣示范資金項目（吉推[2014]02）