徐盛基，胡敏銳，賈鵬飛，王秋華，單保君，韓永濤

（1.國(guó)家林業(yè)局南方航空護(hù)林總站，云南 昆明 650021；2.西南林業(yè)大學(xué)，土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224）

基于衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的云南省林火時(shí)間特征分析

徐盛基1，胡敏銳1，賈鵬飛1，王秋華2，單保君2，韓永濤2

（1.國(guó)家林業(yè)局南方航空護(hù)林總站，云南 昆明 650021；2.西南林業(yè)大學(xué)，土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224）

衛(wèi)星紅外監(jiān)測(cè)具有時(shí)間頻率高和連續(xù)性好等特點(diǎn)，采集了2004-2015年間森林火災(zāi)衛(wèi)星紅外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了云南省森林火災(zāi)的時(shí)間格局和分布規(guī)律。結(jié)果表明：不同年份火災(zāi)總次數(shù)具有上下波動(dòng)的規(guī)律，變動(dòng)時(shí)間周期為3~5年；不同年份森林火災(zāi)發(fā)生月高峰有所不同，平均峰值出現(xiàn)在3月份左右；火災(zāi)發(fā)生時(shí)間主要分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，1月到5月占全年的97.2%，6月以后到11月之前基本沒(méi)有火災(zāi)發(fā)生。森林火災(zāi)的次數(shù)與火環(huán)境有一定的關(guān)系，但森林火災(zāi)次數(shù)與火源頻度存在正相關(guān)性并且受火源頻度的影響較大。

森林防火；林火監(jiān)測(cè)；時(shí)間特征；衛(wèi)星遙感；云南省

云南省是一個(gè)林火多發(fā)且危害嚴(yán)重的省份，為減少森林火災(zāi)對(duì)生態(tài)和人民財(cái)產(chǎn)的損失，我國(guó)及世界其他國(guó)家都非常重視林火監(jiān)測(cè)。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視森林火災(zāi)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、宏觀全面和高效的特點(diǎn)。及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)和火環(huán)境的變化、為森林火災(zāi)預(yù)防和撲救提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，是各級(jí)防火人員最為關(guān)注的問(wèn)題之一。對(duì)于大面積、跨區(qū)域尺度的森林火災(zāi)，依靠密集的地面人力巡護(hù)、地面視頻或熱紅外監(jiān)控、飛機(jī)監(jiān)測(cè)，不但費(fèi)用高，而且工作繁雜，特別是對(duì)于盲區(qū)的監(jiān)測(cè)精度低[1]。衛(wèi)星遙感方法作為災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段，在時(shí)間分辨率和宏觀性方面具有優(yōu)勢(shì)，已被越來(lái)越多的國(guó)家應(yīng)用[2]。為了能提前發(fā)現(xiàn)火源，實(shí)現(xiàn)“打小”的方針，我國(guó)設(shè)立了專門的林火監(jiān)測(cè)行業(yè)管理部門，研發(fā)監(jiān)測(cè)處理技術(shù)系統(tǒng)，配備了相關(guān)工作人員，開(kāi)展全國(guó)的衛(wèi)星火情監(jiān)測(cè)。云南的特殊地形地貌和氣候條件，導(dǎo)致云南的森林火災(zāi)具有特殊的時(shí)間格局分布規(guī)律，為了更好地開(kāi)展云南的衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)和服務(wù)，我們將利用多年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間格局和分布規(guī)律進(jìn)行了分析。

1 林火監(jiān)測(cè)概況

森林火災(zāi)的發(fā)展是一個(gè)由弱到強(qiáng)的過(guò)程，存在可控和有利的滅火時(shí)間，能提前發(fā)現(xiàn)火源或初發(fā)火至關(guān)重要，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是強(qiáng)有力的林火監(jiān)測(cè)手段。目前我國(guó)林火監(jiān)測(cè)主要有衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、航空巡護(hù)、近地面觀測(cè)（瞭望塔觀測(cè)和視頻監(jiān)控）和地面巡護(hù)監(jiān)測(cè)4種主要形式，其中衛(wèi)星監(jiān)測(cè)和瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)是我國(guó)現(xiàn)階段林火監(jiān)測(cè)的基本方式[3]。林火衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，就是利用人造衛(wèi)星空間平臺(tái)上的電磁波傳感器，探測(cè)和接收地物遙測(cè)信息源，通過(guò)地面接收站接收及圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信息處理，以發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)并進(jìn)行連續(xù)化跟蹤觀測(cè)，從宏觀上比較準(zhǔn)確、及時(shí)地提供林火信息，以支持森林火災(zāi)的控制及撲滅[1]。利用遙感監(jiān)測(cè)方法研究森林草原火災(zāi)始于20世紀(jì)50年代的航空紅外探測(cè)[2]。20世紀(jì)80年代初，隨著地理信息系統(tǒng)和航天遙感技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，美國(guó)、加拿大、前蘇聯(lián)、巴西、墨西哥等國(guó)家先后開(kāi)展了利用衛(wèi)星探測(cè)森林火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)和研究[2，4]。我國(guó)專門研發(fā)了國(guó)家林業(yè)局森林防火衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)技術(shù)，并由國(guó)家林業(yè)局防火辦衛(wèi)星監(jiān)測(cè)中心、西南林火監(jiān)測(cè)分中心和西北林火監(jiān)測(cè)分中心負(fù)責(zé)日常運(yùn)行[5]。

2 研究區(qū)及衛(wèi)星紅外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

云南省地處我國(guó)西南邊陲，第8次全國(guó)森林資源清查結(jié)果顯示：云南省林地面積2501.04hm2，森林面積1914.19萬(wàn)hm2，森林覆蓋率50.03%，森林蓄積169 309.19萬(wàn)m3，主要樹(shù)種為云南松、櫟類、思茅松。該地區(qū)的火災(zāi)發(fā)生頻繁，是我國(guó)受火災(zāi)嚴(yán)重侵害的地區(qū)之一，根據(jù)森林資源統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)1996-2013年間火場(chǎng)面積達(dá)213872hm2，受害森林面積37361.6hm2,其中天然林2570.3 hm2，人工林15 013.9 hm2，損失林木嚴(yán)重,其中成林蓄積1 508 420.6 m3，幼林株數(shù)15 654.4萬(wàn)株。

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)、農(nóng)用火、林火、計(jì)劃燒除、煉山、灌木火之間存在一致性變動(dòng)趨勢(shì)（圖1）。

圖1 2004-2015年衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2004-2015年，在存在熱點(diǎn)的5267個(gè)衛(wèi)星紅外監(jiān)測(cè)圖中監(jiān)測(cè)到火點(diǎn)總計(jì)25 224個(gè)，火災(zāi)4012次，其中林火2243次，營(yíng)林用火16 180次。每年熱點(diǎn)數(shù)量都有變化，不同年份之間存在差異，呈現(xiàn)上下波動(dòng)，衛(wèi)星紅外遙感監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)數(shù)與森林火災(zāi)次數(shù)和營(yíng)林用火次數(shù)均成正比關(guān)系，森林火災(zāi)次數(shù)和營(yíng)林用火次數(shù)又是決定衛(wèi)星紅外遙感熱定個(gè)數(shù)的重要因素。從數(shù)據(jù)上看，云南的森林火災(zāi)在2006年、2007年均出現(xiàn)高峰，2008年出現(xiàn)低谷，2011年以來(lái)有明顯的減少趨勢(shì)，而2010年從數(shù)量上講是林火重災(zāi)年。同時(shí)數(shù)據(jù)顯示，每年的營(yíng)林用火次數(shù)與火災(zāi)次數(shù)有著明顯的正相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)存在變動(dòng)性?；鹨蜃邮强陀^存在的生態(tài)因子也是森林生態(tài)中最活躍的因子之一，短時(shí)間內(nèi)能改變森林內(nèi)環(huán)境、植被等因素，是客觀存在的，像價(jià)值規(guī)律一樣，林火發(fā)生存在次數(shù)客觀規(guī)律性和燃燒程度的周期性，從時(shí)間來(lái)看不同年份總會(huì)圍繞這一客觀次數(shù)上下波動(dòng)。云南省的火災(zāi)次數(shù)低谷與高峰的變化周期為3~5年，在特別年份也會(huì)因極度的誘因呈現(xiàn)劇烈變化。2009-2010年冬春季節(jié)我國(guó)西南地區(qū)遭遇百年一遇的持續(xù)干旱[6]，持續(xù)干旱降低了死可燃物及活可燃物的含水率，增加了可燃物的易燃性，使得火環(huán)境明顯改善，可燃物遇到火源成災(zāi)的概率增大，致使這兩年森林火災(zāi)次數(shù)持續(xù)增多，尤其2010年出現(xiàn)森林火災(zāi)次數(shù)的極度高峰值。

3 監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)特征及火災(zāi)時(shí)間分布

云南屬獨(dú)特的高原季風(fēng)氣候，森林類型主要有寒溫性針葉林、暖性針葉林以及熱性闊葉林。由于干熱同期的氣候條件使得森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)間和概率在全年不同月份和季節(jié)成不同變化趨勢(shì)，森林火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)也有著強(qiáng)烈的時(shí)間分布特征。2004-2015年，衛(wèi)星紅外遙感監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)總數(shù)、森林火災(zāi)總次數(shù)、營(yíng)林用火總次數(shù)及月度均值之間的關(guān)系如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 2004-2015年衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)與火災(zāi)次數(shù)關(guān)系分析

圖3 2004-2015年火災(zāi)次數(shù)與營(yíng)林用火次數(shù)關(guān)系分析

圖4 2004-2015月均衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)、火災(zāi)次數(shù)、營(yíng)林用火次數(shù)關(guān)系分析

云南省的火災(zāi)時(shí)間主要分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，集中在1~5月，占全年的97.2%，這與衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)中熱點(diǎn)次數(shù)存在明顯的相關(guān)性，衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)個(gè)數(shù)和森林火災(zāi)次數(shù)高峰值同時(shí)出現(xiàn)在3月左右。12年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在6~7月還存在283個(gè)熱點(diǎn)，森林火災(zāi)次數(shù)僅有12次，月均0.92次，比起3月的7728個(gè)熱點(diǎn)，1370次森林火災(zāi)，月均114.17次，森林火災(zāi)縮減了124倍之多。

營(yíng)林用火是使用人為干預(yù)的方式，采用人為火源進(jìn)行有目的的用火，包括：計(jì)劃燒除、火燒隔離帶、煉山、農(nóng)用火等。數(shù)據(jù)顯示，營(yíng)林用火的時(shí)間分布在11月到次年的6月，這與森林火災(zāi)次數(shù)波動(dòng)趨勢(shì)及時(shí)間分布特征相似，營(yíng)林用火次數(shù)與森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最高峰都集中在3月，分別為4445次、332次。營(yíng)林用火是人為主動(dòng)用火，是森林火災(zāi)人為火源的直接來(lái)源之一，在數(shù)據(jù)上也存在一致波動(dòng)的變化趨勢(shì)。

2004-2015年衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)月均值、森林火災(zāi)次數(shù)月均值、營(yíng)林用火次數(shù)月均值比較，云南省的森林火災(zāi)受到衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的有效測(cè)定和標(biāo)注及現(xiàn)場(chǎng)的確認(rèn)。森林火災(zāi)受到營(yíng)林用火的直接影響，營(yíng)林用火與森林火災(zāi)又是導(dǎo)致衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)的數(shù)量變動(dòng)的主要因素，營(yíng)林用火和森林火災(zāi)占衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的80.2%。由于衛(wèi)星紅外遙感熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)存在延時(shí)性和位置誤差，有些熱點(diǎn)被通知時(shí)已是1小時(shí)以后，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確定則會(huì)更加延長(zhǎng)時(shí)效性，致使有些難以查到。但這種相互關(guān)系，足以說(shuō)明衛(wèi)星紅外遙感監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)對(duì)營(yíng)林用火和森林火災(zāi)響應(yīng)的有效性。

4 結(jié)論與討論

云南省是林火多發(fā)區(qū)，也是受火災(zāi)危害嚴(yán)重的省份之一。對(duì)2004-2015年間衛(wèi)星紅外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，云南省每年都會(huì)發(fā)生火災(zāi)，森林火災(zāi)具有客觀存在性，且這種客觀存在性也有數(shù)量上的規(guī)律性，即不同年份總會(huì)圍繞客觀火災(zāi)次數(shù)值上下波動(dòng)，變動(dòng)時(shí)間為3~5年，變動(dòng)幅度受各種外在因素的影響。森林火災(zāi)的次數(shù)與火環(huán)境有一定的關(guān)系，但森林火災(zāi)次數(shù)與火源頻度有著直接的關(guān)系并且受火源頻度的影響較大。云南省屬低緯度地區(qū)，受雷擊火等天然火源的影響非常小，火源主要來(lái)自人為火源，營(yíng)林用火是火源來(lái)源的一個(gè)直接和重要途徑，營(yíng)林用火次數(shù)多的月份往往火災(zāi)次數(shù)也會(huì)相應(yīng)地增加?；馂?zāi)次數(shù)的多少不能反映森林受危害程度的高低，每次森林火災(zāi)危害程度與火災(zāi)發(fā)生林區(qū)的火環(huán)境影響甚大，尤其是重大森林火災(zāi)特有的火環(huán)境是形成重大危害的必要因素。

森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)不僅不同年份不同，在一年中不同月份也存在明顯的差異，云南省的火災(zāi)時(shí)間分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，集中在1~5月，占全年的97.2%，峰值為3月左右，6月以后到11月之前基本沒(méi)有火災(zāi)，占全年火災(zāi)的0.03%以下，這是云南省森林火災(zāi)的時(shí)間分布的最主要特征。云南省的這種森林火災(zāi)時(shí)間分布特征，主要與此地區(qū)的干熱同期及此時(shí)間區(qū)間火源頻度有關(guān)，營(yíng)林用火是提供火源頻度的直接來(lái)源，尤其是營(yíng)林用火中的林緣農(nóng)用火，每年3月左右是森林火災(zāi)次數(shù)高峰期也與此階段存在清明等傳統(tǒng)祭祀節(jié)日有關(guān)?；瓠h(huán)境的可燃燒性也是導(dǎo)致森林火災(zāi)次數(shù)增多的前提條件。

從燃燒三角形的角度來(lái)說(shuō)，森林火災(zāi)發(fā)生在野外不受空間限制，開(kāi)放性是一個(gè)難以約束的條件，能采取管理措施的只有可燃物和火源，只有深入研究這兩個(gè)因素才能快速和有效管理林火。對(duì)可燃物的管理方法有很多，包括計(jì)劃燒除、人工清除、掩埋等?；鹪吹墓芾硎悄壳巴度胱疃嘁彩亲钪匾暤囊粋€(gè)關(guān)鍵因素。針對(duì)云南省的森林火災(zāi)時(shí)間分布特征，實(shí)行重點(diǎn)管理，在每年11月到次年6月要重點(diǎn)設(shè)防，嚴(yán)格管理，尤其是3月前后，在營(yíng)林用火上要實(shí)行疏堵結(jié)合以疏為主，防止過(guò)度防治管理導(dǎo)致適得其反的效果，在營(yíng)林用火中要嚴(yán)格按照規(guī)定實(shí)施和管理。

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（責(zé)任編輯：陳小華）

S762.6

：A

2016-11-07

國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)31300553）