麗　娜，包玉龍,2，銀　山,2，畢力格，那日蘇

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020；3.內(nèi)蒙古氣象科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

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中蒙邊境地區(qū)草原火時空分布特征分析*

麗娜1，包玉龍1,2，銀山1,2，畢力格3，那日蘇1

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020；3.內(nèi)蒙古氣象科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

摘要:草原火災(zāi)是中蒙兩國共同遭受的比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。針對中蒙邊境地區(qū)的草原火災(zāi)，以內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗及接壤的蒙古國三個蘇木為研究區(qū)，采用2000-2014年的MCD45A火燒跡地產(chǎn)品，利用GIS空間分析方法對中蒙邊境地區(qū)草原火的時空分布特征進(jìn)行分析研究。研究結(jié)果表明：近15年研究區(qū)過火跡地空間分布廣泛，而研究區(qū)總過火面積的95%分布在蒙古國境內(nèi)。每個像元上的過火頻次較高，最高在蒙古國的哈拉哈郭勒蘇木境內(nèi)，過火頻次達(dá)到15年內(nèi)同一個像元上發(fā)生7次。而中國的東烏珠穆沁旗境內(nèi)卻沒有該現(xiàn)象。研究區(qū)過火面積的年際變化表明，2000-2008年呈減少趨勢，2008-2014年呈增加趨勢。由旬變化可知，4-6月是蒙古國過火面積最大的月份，而10月至來年4月是東烏珠穆沁旗過火面積最大的月份。

關(guān)鍵詞:中蒙邊境；草原火災(zāi)；MCD45A; 時空分布

草原火災(zāi)是當(dāng)前全球性重大災(zāi)害之一，因其突發(fā)性強(qiáng)，破壞性大，給牧區(qū)經(jīng)濟(jì)特別是畜牧業(yè)帶來了巨大損失[1-2]。草原火災(zāi)作為自然生態(tài)系統(tǒng)中重要的干擾因子之一[3]，在全球范圍內(nèi)頻繁發(fā)生[4]。其中，中蒙邊境地區(qū)則是發(fā)生草原火災(zāi)極為頻繁的區(qū)域。再加之研究區(qū)的春秋兩季降水量少、天氣干燥、大風(fēng)日多，加之大部分草原人煙稀少，交通不便，因此在關(guān)于用火管理方面難度較大，草原火災(zāi)時有發(fā)生，對國家及人民生命財產(chǎn)造成了較為嚴(yán)重的損失[2]。

草原火災(zāi)對草原資源危害極為嚴(yán)重[5]，過火之處部分植被所剩無幾，植物種類數(shù)量以及生物量大減。甚至一些分布區(qū)域較窄的物種瀕臨滅絕；由于火災(zāi)發(fā)生區(qū)的放牧場或打草場牧草產(chǎn)量劇減，畜牧業(yè)生產(chǎn)受到直接影響[6]；火災(zāi)對脆弱的草原生態(tài)系統(tǒng)起到直接作用，容易引起草原生態(tài)平衡的破壞。草原火災(zāi)給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失的同時也影響到邊境地區(qū)的和諧發(fā)展與社會穩(wěn)定，甚至涉及到國際火情的防治問題。目前，隨著空間統(tǒng)計學(xué)和地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，諸多國內(nèi)外研究者對草原火行為時空分布特征進(jìn)行了深入的探索與研究。因此，研究中蒙邊境地區(qū)草原火時空變異特征是具有重要的科學(xué)意義以及為兩國對草原火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測和防治提供有效的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于44.70°～ 48.04°N，114.41°～ 119.98°E之間?？偯娣e為 113.698×103km2。包括中國的東烏珠穆沁旗和與其接壤的蒙古國的哈拉哈郭勒、額爾德尼查干及馬塔德三個蘇木(圖1)。處于蒙古高原中部，屬典型大陸性氣候溫帶典型草原區(qū)，1月平均氣溫在-18～-22℃，7月平均氣溫在19～22℃，年平均降水量為200～300 mm。全年季相更替明顯，大風(fēng)日居多，冬季寒長干燥氣候特征為冬季受蒙古高壓控制寒冷風(fēng)大，夏季雨熱同期[7]。

研究區(qū)的草原區(qū)面積廣大、人口稀少、草高、草厚，地面單位面積可燃物量多，尤其春秋兩季干早、多風(fēng)、日照強(qiáng)[8]等氣候自然條件為草原火災(zāi)頻繁發(fā)生具備了客觀條件。成為蒙古高原草原火災(zāi)情況最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。

圖1　研究區(qū)示意圖

1.2數(shù)據(jù)來源

所利用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是從USGS的LPDAAC(Land processes distributed active archive center)下載的中分辨率成像光譜儀(MODIS傳感器)的火燒跡地面積產(chǎn)品MCD45A，此數(shù)據(jù)是MODIS陸地產(chǎn)品5系列中的一款，以 500 m 分辨率的月產(chǎn)品形式發(fā)布[9-10]。本產(chǎn)品使用的月數(shù)據(jù)是由Terra和Aqua兩個衛(wèi)星平臺聯(lián)合搭載的和日地表反射率的時間序列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)[11]，因此對火燒跡地的全局映射是特別發(fā)達(dá)的[12]。MCD45A數(shù)據(jù)提供給用戶各種質(zhì)量評估信息和每個像素的質(zhì)量評估得分，能夠預(yù)計研究區(qū)內(nèi)總過火面積。對于大多數(shù)用戶來說與其有關(guān)的數(shù)據(jù)是火燒跡地的位置和燃燒的日期。

1.3研究方法

結(jié)合采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法和GIS空間分析方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。用MRT(MODIS Reprojection Tool)工具拼接得到過火跡地數(shù)據(jù)。將15年的MCD45A火燒跡地數(shù)據(jù)利用Arcgis軟件中的Arctoolbox進(jìn)行裁剪和投影轉(zhuǎn)換處理。利用研究區(qū)的矢量獲取整個研究區(qū)的過火面積與頻次數(shù)據(jù)。

利用地理信息空間分析方法獲得火燒跡地的空間分布格局。用統(tǒng)計方法統(tǒng)計出2000-2014共15年的MCD45A火燒跡地面積、火燒發(fā)生頻率等數(shù)據(jù)。由面積和頻次數(shù)據(jù)獲得研究區(qū)的火燒跡地分布特征、火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和過火面積的年際和年內(nèi)變化等信息。通過分析上述數(shù)據(jù)獲得中蒙邊境地區(qū)的草原火時空分布特征。

2結(jié)果與分析

2.1中蒙邊境地區(qū)過火跡地的空間分布特征

中蒙邊境地區(qū)2000-2014年間過火跡地的空間分布特征顯示(圖2)，過火跡地主要分布在研究區(qū)內(nèi)的蒙古國境內(nèi)，而小面積的分布在中國境內(nèi)的東烏珠穆沁旗。然而近15年來，整個研究區(qū)總過火跡地面積為8.09×103km2,其中蒙古國境內(nèi)的過火跡地面積76.8×102km2，占總過火面積的95%；中國境內(nèi)的過火跡地為408.742km2，占總過火面積的5%。從上述可知蒙古國境內(nèi)的過火跡地面積是決定整個研究區(qū)過火面積的直接原因。東烏珠穆沁旗的過火跡地頻繁出現(xiàn)在與蒙古國交界的北部地區(qū)，是沿著兩國邊境線蔓延著。這可能是由蒙古國越境火災(zāi)引起東烏珠穆沁旗北方出現(xiàn)過火跡地，說明蒙古國越境火災(zāi)的風(fēng)險比較大。

依據(jù)15年內(nèi)的過火頻次空間分布特征圖，可將研究區(qū)的過火頻次劃分出4個梯度區(qū):①過火頻次最高的地區(qū)，主要分布在蒙古國境內(nèi)的哈拉哈郭勒、馬塔德與哈拉哈郭勒的邊境上，過火頻次達(dá)到15年內(nèi)同一個像元上發(fā)生7次，但分布面積較小；②過火頻次較高的地區(qū)，也是主要分布在蒙古國的哈拉哈郭勒、哈拉哈郭勒與馬塔德的邊界地區(qū)以及少量的分布在額爾德尼查干，頻次可達(dá)到5～6次；③過火頻次相對較低的地區(qū)，主要散布在蒙古國境內(nèi)的三個蘇木中，也少面積的分布在東烏珠穆沁旗與哈拉哈郭勒接壤的我國邊境內(nèi)，越境火災(zāi)的可能性很大，其頻次為3～4次;④過火頻次最低的地區(qū)則散布在整個研究區(qū)中，雖然這是過火跡地分布面積最廣的頻次，但也可直接看出我國境內(nèi)的過火面積是最小的，其頻次為1～2次。

2.2中蒙邊境地區(qū)過火跡地的時間分布特征

2.2.1中蒙邊境地區(qū)過火跡地的年際變化

圖3表示2000-2014年中蒙邊境地區(qū)過火跡地面積的年際變化，根據(jù)圖3可看出2000-2014年間，研究區(qū)過火跡地面積存在明顯的年際變化

圖2　2000-2014年研究區(qū)過火跡地及過火頻次空間分布

圖3　2000-2014年中蒙邊境地區(qū)過火跡地面積的年際變化趨勢

差異。圖中2000、2003、2004、2011、2012及2014年的過火跡地面積都相當(dāng)高，面積分別為1.025×103km2,1.017×103km2,950.36 km2,866.9 km2,1.124×103km2及1.112×103km2。而2002年與2008年的過火面積小，分別為 15.8 km2,17.5 km2。對上數(shù)據(jù)的分析來看，中蒙邊境地區(qū)的過火跡地面積的年際變化看似隨機(jī)性，但大體呈現(xiàn)出2000-2008年減少趨勢，2008-2014年增加趨勢的規(guī)律性。

中國境內(nèi)與蒙古國境內(nèi)的過火跡地的面積差異大。并且每年的蒙古國境內(nèi)的過火跡地面積占研究區(qū)總過火跡地面積的90%以上，甚至是有些年達(dá)到了99%。因此，蒙古國境內(nèi)的火燒對于整個研究區(qū)火燒起著決定性的作用。由每個區(qū)域的過火面積年際變化趨勢可看出研究區(qū)內(nèi)的蒙古國境內(nèi)的過火跡地面積越大的年份中國境內(nèi)的過火面積也相比其余年的要大，所以更能進(jìn)一步說明蒙古國越境火災(zāi)的可能。

2.2.2中蒙邊境地區(qū)過火跡地面積旬變化

圖4所示為2000-2014年的研究區(qū)內(nèi)各區(qū)域旬過火跡地的面積變化，由圖4可以看出，第9-15旬(每年4-6月份)為研究區(qū)過火跡地面積最大的旬，也是蒙古國的過火面積最大的旬。其中過火跡地面積最大的是第15旬，為1.972×103km2。其次為9旬與12旬，面積分別為1.844×103km2和1.965×103km2。這正表明春季是蒙古國發(fā)生火災(zāi)頻繁的季節(jié)。第24旬與27旬的過火跡地面積也相對較大，特別是第27旬達(dá)到1.128×103km2。這說明，研究區(qū)的秋季的火燒也是相當(dāng)大的。從研究區(qū)內(nèi)的蒙古國與東烏珠穆沁旗的旬過火面積差異來看，蒙古國境內(nèi)的旬過火跡地面積是導(dǎo)致整個研究區(qū)過火的直接原因，即各旬過火跡地面積遠(yuǎn)大于中國的各旬過火面積，特別是第9-15旬兩者差距為最大。相對而言，東烏珠穆沁旗秋冬季各旬過火跡地面積比其春季大，特別是第27旬與6旬過火跡地面積分別達(dá)到70.87 km2和623.33 km2，表明秋冬季為東烏珠穆沁旗發(fā)生火災(zāi)最為頻繁的季節(jié)。

圖4　2000-2014年中蒙邊境地區(qū)旬過火跡地面積變化趨勢

3結(jié)論

采用GIS空間分析方法對中蒙邊境地區(qū)2000-2014共15年的MCD45A火燒跡地產(chǎn)品進(jìn)行分析研究。通過分析獲得中蒙邊境地區(qū)草原火的空間分布、發(fā)生頻率、發(fā)生次數(shù)和過火面積的年際和年內(nèi)變化及草原火在中蒙兩國境內(nèi)的差異等特征，如下所示。

(1)中蒙邊境地區(qū)草原火空間分布具有明顯的規(guī)律性，無論是過火跡地的分布或頻次，都主要集中分布在研究區(qū)中的蒙古國境內(nèi)，特別是分布在蒙古國的哈拉哈郭勒蘇木。次之為馬塔德以及額爾德尼查干蘇木。并且每個像元上的過火頻次較高，最高在蒙古國的哈拉哈郭勒蘇木境內(nèi)，過火頻次達(dá)到15年內(nèi)同一個像元上發(fā)生7次。而中國的東烏珠穆沁旗境內(nèi)卻沒有該現(xiàn)象。

(2)從過火跡地的年際變化看出，2000-2014年間整個研究區(qū)呈現(xiàn)出2000-2008年減少趨勢，而2008-2014年具有增加趨勢。兩個不同境內(nèi)的區(qū)域?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果表明，蒙古國的過火跡地面積遠(yuǎn)大于東烏珠穆沁旗，研究區(qū)總過火面積的95%分布在蒙古國境內(nèi)，是決定研究區(qū)過火面積最主要的部分。從旬變化看，蒙古國第9旬至15旬(4-6月份)為過火跡地面積最大的旬，即蒙古國春季過火跡地面積要遠(yuǎn)大于其他季節(jié)。而東烏珠穆沁旗27旬-9旬(10月末至來年4月)的過火面積相對其他月份也是大的，即東烏珠穆沁旗秋冬季節(jié)過火跡地面積大于春季。因此草原火集中在降水較少、風(fēng)速較大的春，秋兩季[13]。

(3)從研究區(qū)過火面積的年際變化與東烏珠穆沁旗的過火跡地的分布可知，導(dǎo)致東烏珠穆沁旗與蒙古國交界的北部邊境地區(qū)發(fā)生火災(zāi)較多的原因是蒙古國不容忽視的越境火災(zāi)[14]。

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*收稿日期：2015-12-25修回日期：2016-02-20

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(41561099);內(nèi)蒙古自治區(qū)博士基金(2015BS0505);國家科技支撐計劃課題(2013BAK05B00);國家自然科學(xué)基金應(yīng)急管理項(xiàng)目(61550005)

第一作者簡介：麗娜(1992-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，碩士研究生，主要從事災(zāi)害監(jiān)測與防治方面的研究. E-mail:920053105@qq.com 通訊作者：包玉龍(1982-)，男，蒙古族，博士，講師，主要研究方向是災(zāi)害與環(huán)境風(fēng)險. E-mail: baoyulong@imnu.edu.cn

中圖分類號：P954 ；X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)03-0207-04

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.035

Spatiotemporal Characteristics of Grassland Fire in China-Mongolia Border Regions

Lina1, BAO Yulong1, 2, Yinshan1, 2, Bilige3and Narisu1

(1.CollegeofInnerMongoliaNormalUniversityGeographyScience,Hohhot010020,China;2.InnerMongolianKeyLaboratoryofRemoteSensingandGeographicInformationSystem,Hohhot010020,China;3.InnerMongolianInstituteofMeteorology,Hohhot010051,China)

Abstract:Grassland fire is one of the serious natural disasters suffered both in China and Mongolia. In view of the grassland fire occurred in 3 banner of East Ujimqin banner in China and adjacent Mongolia as research area, the spatiotemporal characteristics was analyzed by GIS space analysis method and using the 2000-2014 MCD45A burned products. The study results indicated that recent 15a, the burned area distributed widely and 95% of the total area of the study area located in the territory of Mongolia, with the highest rate of 7 in Khalkhgol. But East Ujimqin Banner has not happened it. The annual variation trend of the burned area showed that the downward trend happened in 2000-2008, and upward trend in 2008-2014.Known by ten days change, the period that biggest burned area takes place in Mongolia is from April to June, and in East Ujimqin from October to next year April.

Key words:China-Mongolia border; grassland fire disaster; MCD45A; spatiotemporal characteristic

麗娜，包玉龍，銀山，等. 中蒙邊境地區(qū)草原火時空分布特征分析[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(3):207-210.[Lina, BAO Yulong, Yinshan,et al. Spatiotemporal Characteristics of Grassland Fire in China-Mongolia Border Regions[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：207-210.]