王明玉 李偉克 舒立福 司莉青 趙鳳君 李 威 李笑笑

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局森林保護(hù)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100091）

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助十分困難，是當(dāng)今世界最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害和突發(fā)性公共危機(jī)事件之一（Deet al., 2019；李偉克等2020a；喬澤宇等，2020）。近年來(lái)，由于全球氣候變暖加劇，特別是極端高溫、持續(xù)干旱等惡劣天氣不斷增加，造成森林火災(zāi)呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢(shì)（蘇佳佳等，2021；Farooqet al., 2022；Joneset al., 2022）。我國(guó)是世界上森林火災(zāi)較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)1950—2017 年我國(guó)共發(fā)生森林火災(zāi)814 655 次，年均11 980 次；總受害森林面積3 813.82 萬(wàn)hm2，年均56.09 萬(wàn)hm2；森林火災(zāi)傷亡總?cè)藬?shù)為4 686 人，造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響不可估量（杜建華等，2019）。因此，森林火災(zāi)防控一直是我國(guó)各級(jí)應(yīng)急管理部門(mén)、林草部門(mén)等相關(guān)單位高度重視的一項(xiàng)工作內(nèi)容（李偉克等，2020b；張思玉，2022）。

加強(qiáng)火災(zāi)監(jiān)測(cè)是森林火災(zāi)防控中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這是及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并快速撲救火災(zāi)的重要前提（Kanwalet al., 2016；Banet al., 2020；馮炎等，2022）。當(dāng)前，林火監(jiān)測(cè)措施分為地面巡護(hù)、瞭望塔定點(diǎn)觀測(cè)、空中飛機(jī)、無(wú)人機(jī)巡護(hù)和衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等（汪東等，2021；Mohapatraet al., 2022）。由于森林火災(zāi)的突發(fā)性和隨機(jī)性，使得不同的林火監(jiān)測(cè)手段在時(shí)空監(jiān)測(cè)能力和通訊傳遞效率等方面存在差異（Martell, 2015；Zhanget al., 2020）。就呼中地區(qū)而言，90%以上的森林火災(zāi)為雷擊火，多發(fā)生在偏遠(yuǎn)密林且人員難至處，加之雷擊火多有“陰燃”的特性，航空巡查和衛(wèi)星監(jiān)測(cè)具有較大的滯后性，因此，當(dāng)?shù)刈钪饕谋O(jiān)測(cè)手段是依靠瞭望塔（張媛等，2018；杜君等，2021）。瞭望塔視野較寬，覆蓋面較大，可以晝夜不停連續(xù)監(jiān)測(cè)，受天氣影響較小，效果較好（Kucuket al., 2017；范續(xù)等，2020）。其不足是觀察效果受地形限制，一些特殊山地常形成死角，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)（Heynset al.,2019；孫思琦等，2020）。因此，如何優(yōu)化布局瞭望塔建設(shè)分布，使監(jiān)測(cè)范圍盡可能大，特別是能有效覆蓋重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)配合、聯(lián)防聯(lián)控，具有重要的意義。

可視性分析（visibility analysis）又稱(chēng)通視分析，是指以某一點(diǎn)為觀察點(diǎn)，研究某一區(qū)域通視情況的地形分析（孫思琦等，2020；Fantiniet al., 2022）?？梢曅苑治鰪V泛應(yīng)用于選址規(guī)劃、路徑規(guī)劃、景觀分析等（王明玉等，2013；靳海亮等，2018）。其中，基于可視性分析的森林防火監(jiān)測(cè)點(diǎn)或瞭望塔布設(shè)是典型的應(yīng)用案例，位置良好、布局合理的瞭望塔分布建設(shè)不僅可以用較少的塔臺(tái)數(shù)量實(shí)現(xiàn)大范圍的火情監(jiān)控，同時(shí)不同塔臺(tái)間協(xié)同互助、降低盲區(qū)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，有效降低火災(zāi)損失（Zhanget al., 2019；Sakellariouet al.,2022）。例如，羅偉等（2018）基于GIS技術(shù)對(duì)廬山自然保護(hù)區(qū)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行可視性分析，研究結(jié)果為后期視頻監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)提供了參考。王彥卷等（2020）基于地形要素對(duì)賀蘭山自然保護(hù)區(qū)林火監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行可視性分析排序，確定了最優(yōu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置和能監(jiān)測(cè)到的研究區(qū)面積。孫思琦等（2020）基于吉林省林區(qū)瞭望塔地理信息數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 技術(shù)對(duì)瞭望塔的布局配備和林地可視性進(jìn)行分析，為吉林省瞭望塔的管理優(yōu)化提供參考。Zhang 等（2020）基于研究區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)地圖，綜合可視性分析、空間位置分配和監(jiān)測(cè)范圍交叉覆蓋等多因素，優(yōu)化瞭望塔的配置布署以提高火災(zāi)監(jiān)測(cè)水平。賴(lài)晨曦等（2021）基于林火強(qiáng)度分析了寧波市溪口鎮(zhèn)森林防火監(jiān)測(cè)點(diǎn)的可視性，對(duì)備選監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)布設(shè)，提高了溪口鎮(zhèn)森林防火監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

本研究基于數(shù)字高程模型，借助ArcGIS 可視性分析方法，綜合評(píng)價(jià)呼中地區(qū)現(xiàn)有瞭望塔的空間配置和可視性能力，并結(jié)合呼中地區(qū)歷史森林火災(zāi)發(fā)生數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)瞭望塔體系在林火監(jiān)測(cè)方面的能力水平，以期為呼中地區(qū)森林火災(zāi)防控尤其是提升瞭望塔系統(tǒng)在火災(zāi)監(jiān)測(cè)方面的作用提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

呼中地區(qū)（122°39′30″—124°21′20″E，51°14′40″—52°25′00″N）位于黑龍江大興安嶺伊勒呼里山北坡，東與新林區(qū)相連，西與內(nèi)蒙古相鄰，北接漠河縣和塔河縣。

研究區(qū)由碧水、呼中、呼源3 個(gè)林場(chǎng)和呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)組成，屬高緯度寒溫帶，大陸性季風(fēng)氣候，平均海拔812 m，具有明顯的山地氣候特征。當(dāng)?shù)叵募径虝海臼芪鞑麃喢晒鸥邏簹鈭F(tuán)的影響寒冷而漫長(zhǎng)，年均氣溫為-4.4 ℃，極端最低氣溫-49.2 ℃，年均降水量481.6 mm，主要集中在6—8 月，無(wú)霜期80～100 天（李明澤等，2017）。地帶性植被類(lèi)型為寒溫性針葉林，以興安落葉松(Larix gmelinii) 為單優(yōu)勢(shì)種的針葉林（圖1）。主要針葉喬木樹(shù)種有興安落葉松、樟子松(Pinus sylvestrisvar.mongolica) 和紅皮云杉(Picea koraiensis) 。主要闊葉喬木樹(shù)種有白樺(Betula platyphylla) 、 山楊 (Populus davidiana) 、 鉆天柳(Chosenia arbutifolia) 。偃松(Pinus pumila) 分布于海拔較高的地帶，構(gòu)成了亞高山的特有景觀和山地寒溫帶針葉疏林的林下灌木，該樹(shù)種對(duì)涵養(yǎng)水源、保護(hù)珍稀瀕危野生動(dòng)植物物種具有重要作用（劉志華等，2011）。研究區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生較為嚴(yán)重，近20 年共發(fā)生上百起森林火災(zāi)，其中絕大多數(shù)是雷擊火，起火區(qū)域常位于高緯度的原始森林中，撲救難度極大，對(duì)森林危害十分嚴(yán)重（杜君等，2021）。

圖1 研究區(qū)植被類(lèi)型組成和瞭望塔分布Fig. 1 Vegetation type composition and lookout towers distribution in study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

火災(zāi)信息包括1990—2020 年研究區(qū)森林火災(zāi)的發(fā)生位置（經(jīng)緯度）、起火時(shí)間、滅火時(shí)間、火場(chǎng)面積、火因等。瞭望塔信息包括位置（經(jīng)緯度）、所屬林場(chǎng)、海拔、瞭望半徑等（附表1）。植被類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）。數(shù)字高程模型（digital elevation model, DEM）數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），空間分辨率為30 m。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Excel 2016 和SPSS 19.0 整理后，利用Origin 2021 和 ArcGIS 10.2 進(jìn)行分析制圖。其中火災(zāi)空間分布統(tǒng)計(jì)使用ArcGIS 核密度分析（kernel density）工具進(jìn)行計(jì)算（陳建明等，2022）。整體瞭望塔可視性分析采用ArcGIS 軟件中的視域分析（viewshed）工具計(jì)算，本研究中只將視域分析結(jié)果分為2 大類(lèi)，即不可見(jiàn)區(qū)域（賦值為0 的區(qū)域）和可見(jiàn)區(qū)域（賦值為非0的區(qū)域）（羅偉等，2018）。單體瞭望塔可視性分析采用ArcGIS 軟件中的視點(diǎn)分析（observer points）工具計(jì)算，本研究中以林場(chǎng)為單位，計(jì)算每個(gè)林場(chǎng)中每個(gè)瞭望塔的可視性，對(duì)單個(gè)瞭望塔的監(jiān)測(cè)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)（賴(lài)晨曦等，2021）。

研究區(qū)瞭望塔有效監(jiān)測(cè)半徑為15～20 km，本研究統(tǒng)一以20 km 半徑進(jìn)行可視性計(jì)算。平均塔高24 m，考慮觀測(cè)人身高，以距地面25 m 高度進(jìn)行計(jì)算，其他參數(shù)在分析過(guò)程中均為默認(rèn)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 呼中地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律

3.1.1 呼中地區(qū)森林火災(zāi)時(shí)間發(fā)生規(guī)律 1990—2020年，研究區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)165 起，總面積為34 855 hm2，其中2000 年和2010 年火災(zāi)較為嚴(yán)重，火災(zāi)面積分別為13 527 hm2和16 391 hm2。整體看研究區(qū)森林火災(zāi)次數(shù)呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，其中2010 年火災(zāi)次數(shù)最多，共計(jì)36 起（圖2a）。從季節(jié)分布上看，5—8 月是研究區(qū)森林火災(zāi)高發(fā)期，98%以上的火災(zāi)發(fā)生在該時(shí)期，特別是6 月發(fā)生總數(shù)（71 次），相當(dāng)于7、8 月之和（73 次）（圖2b）。從發(fā)生時(shí)段上看，超過(guò)90%的火災(zāi)發(fā)生在10:00—19:00，20:00—凌晨02:00 無(wú)火災(zāi)發(fā)生（圖2c）。研究區(qū)的森林火災(zāi)大多為雷擊火，占比高達(dá)96.97%，僅個(gè)別人為火和過(guò)界火（圖2d）。

圖2 1990—2020 年研究區(qū)森林火災(zāi)逐年（a）、逐月（b）、逐小時(shí)（c）發(fā)生和火因（d）統(tǒng)計(jì)Fig. 2 Annual (a), monthly (b), time (c) and fire causes (d) statistics of forest fires in study area from 1990 to 2020

3.1.2 呼中地區(qū)森林火災(zāi)空間發(fā)生規(guī)律 研究區(qū)森林火災(zāi)在空間上呈一定程度的聚集性分布，分析結(jié)果顯示，有5 個(gè)較集中的火災(zāi)高發(fā)區(qū)，分別為呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的南部、呼源林場(chǎng)中東部、呼中林場(chǎng)西部、呼中林場(chǎng)中部、碧水林場(chǎng)南部與呼中林場(chǎng)北部的交界處。上述區(qū)域?yàn)榛馂?zāi)高發(fā)地帶，但從火災(zāi)面積空間分布來(lái)看，仍有多場(chǎng)重大、特大森林火災(zāi)不在上述區(qū)域之中，火災(zāi)次數(shù)和火災(zāi)面積的空間分布規(guī)律存在一定的差異性（圖3）。

圖3 1990—2020 年研究區(qū)森林火災(zāi)次數(shù)和面積等級(jí)分布統(tǒng)計(jì)Fig. 3 Statistics on the number and area grade distribution of forest fires in study area from 1990 to 2020

基于DEM 和植被類(lèi)型數(shù)據(jù)，對(duì)火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)的海拔、坡度、坡向和植被類(lèi)型信息進(jìn)行提取分析。其中，火災(zāi)發(fā)生的海拔范圍在400～1 400 m 之間呈正態(tài)分布，多集中在海拔700～1 100 m 之間，占比74.55%（圖4a）；火災(zāi)發(fā)生的坡度范圍在0～35°之間呈右偏態(tài)分布，有70.91%的火災(zāi)發(fā)生在0～15°的坡度上，即相對(duì)較緩的坡度地帶（圖4b）；從坡向分布來(lái)看，火災(zāi)多發(fā)生在東南坡和南坡，而西坡、西北坡和北坡處的火災(zāi)數(shù)量明顯較少（圖4c）。研究區(qū)森林火災(zāi)多發(fā)生于針葉林，占比高達(dá)83.03%；其次為草甸，為12.12%；闊葉林和栽培植被區(qū)很少，不足5%（圖4d）。

圖4 1990—2020 年呼中地區(qū)森林火災(zāi)海拔（a）、坡度（b）、坡向（c）和發(fā)生地植被類(lèi)型（d）統(tǒng)計(jì)Fig. 4 Statistics on the altitude (a), slope (b), slope aspect (c) and vegetation type (d) of forest fires in Huzhong area from 1990 to 2020

3.2 呼中地區(qū)瞭望塔可視性分析

3.2.1 整體瞭望塔可視性分析 研究區(qū)現(xiàn)有瞭望塔36 座，其中碧水林場(chǎng)、呼源林場(chǎng)和呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)各7 座，呼中林場(chǎng)15 座。瞭望塔海拔分布范圍在640～1 528 m，平均海拔1 137 m，塔高平均值為24 m，監(jiān)測(cè)半徑為15～20 km。對(duì)瞭望塔整體進(jìn)行可視性分析，結(jié)果顯示，可見(jiàn)區(qū)域總面積為603 234.5 hm2，占比64.45%；不可見(jiàn)區(qū)域總面積為332 683.94 hm2，占比35.55%（圖5）。其中碧水、呼中、呼源林場(chǎng)和呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域面積占各自總面積的比例分別為63.68%、66.56%、62.43%和63.64%，不可見(jiàn)區(qū)域比例分別為36.32%、33.44%、37.57%和36.36%。整體來(lái)看，各林場(chǎng)內(nèi)瞭望塔可視性能力基本相當(dāng)，可見(jiàn)區(qū)域和不可見(jiàn)區(qū)域面積比例基本在2∶1左右。

圖5 研究區(qū)瞭望塔可視性分析Fig. 5 Visibility analysis of lookout towers in study area

3.2.2 單個(gè)瞭望塔可視性分析 在研究區(qū)瞭望塔整體可視性分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)每個(gè)瞭望塔的單塔可視性進(jìn)行分析。以林場(chǎng)為單位，對(duì)各個(gè)林場(chǎng)內(nèi)的瞭望塔進(jìn)行編號(hào)，并逐一分析。其中碧水林場(chǎng)中2 號(hào)瞭望塔可視面積最高，可見(jiàn)區(qū)域占本林場(chǎng)面積的19.85%；5 號(hào)瞭望塔可視面積最低，占比7.87%；碧水林場(chǎng)單塔平均可視面積比例為13.30%。呼中林場(chǎng)中7 號(hào)瞭望塔可視面積最高，占比14.59%；14 號(hào)瞭望塔可視面積最低，占比4.60%；呼中林場(chǎng)單塔平均可視面積比例為9.22%。呼源林場(chǎng)中4 號(hào)瞭望塔可視面積最高，占比25.70%；5 號(hào)瞭望塔可視面積最低，占比4.44%；呼源林場(chǎng)單塔平均可視面積比例為11.81%。呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)中5 號(hào)瞭望塔可視面積最高，占比16.94%；4 號(hào)瞭望塔可視面積最低，占比11.73%；呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)單塔平均可視面積比例為14.35%（圖6；附表2）。整體看，呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的單塔可視性較為平均且處于較高水平，而其他3 個(gè)林場(chǎng)內(nèi)的單塔可視性水平差異較大，部分瞭望塔的可視面積比例遠(yuǎn)低于平均水平，需要進(jìn)一步加強(qiáng)布局建設(shè)，協(xié)助提升監(jiān)測(cè)能力。

圖6 單瞭望塔可視性分析Fig. 6 Visibility analysis of single lookout tower

3.2.3 基于火災(zāi)發(fā)生的瞭望塔可視性分析 將研究區(qū)歷史森林火災(zāi)發(fā)生數(shù)據(jù)與瞭望塔可視性分析結(jié)果進(jìn)行疊加，其中165 起火災(zāi)中有120 起是落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)，占比為72.73%，其中碧水林場(chǎng)19 起、呼中林場(chǎng)43 起（包括1 場(chǎng)特大森林火災(zāi)）、呼源林場(chǎng)37起（包括4 場(chǎng)特大森林火災(zāi)）、呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)21 起（包括3 場(chǎng)特大森林火災(zāi)）；45 起落在不可見(jiàn)區(qū)域中，其中碧水林場(chǎng)8 起、呼中林場(chǎng)20 起、呼源林場(chǎng)12 起（包括1 場(chǎng)重大森林火災(zāi)）、呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)5 起（包括2 場(chǎng)重大森林火災(zāi)），無(wú)特大森林火災(zāi)（附表3）。

從空間分布來(lái)看，落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)多集中在以下區(qū)域：呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)南部，附近有呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)1、6、7 號(hào)瞭望塔和呼源林場(chǎng)3 號(hào)瞭望塔；呼源林場(chǎng)中部，附近主要有呼源林場(chǎng)4、6 號(hào)瞭望塔；呼中林場(chǎng)中部，附近有呼中林場(chǎng)1、5 號(hào)瞭望塔；呼中林場(chǎng)北部的10、9、15 號(hào)瞭望塔周?chē)?；呼中和碧水林?chǎng)交界處，附近有碧水林場(chǎng)2、6 號(hào)瞭望塔和呼中林場(chǎng)2 號(hào)瞭望塔（圖7a）。此外，雖然有多起重、特大森林火災(zāi)的位置未在上述集中區(qū)域，但其附近也都有瞭望塔分布，如呼源林場(chǎng)的1 號(hào)瞭望塔，呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的2、3、4 號(hào)瞭望塔，呼中林場(chǎng)的14 號(hào)瞭望塔，碧水林場(chǎng)的4 號(hào)瞭望塔等均距離重、特大森林火災(zāi)的位置較近，可有效進(jìn)行火情監(jiān)測(cè)（圖7a）。

圖7 1990—2020 年間落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域（a）和不可見(jiàn)區(qū)域（b）內(nèi)的森林火災(zāi)Fig. 7 Forest fires in the visible (a) and invisible (b) area of lookout towers from 1990 to 2020 in Huzhong area

落在瞭望塔不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)主要集中在呼中林場(chǎng)的西南部和碧水林場(chǎng)的東南部，這2 個(gè)區(qū)域的周邊分別有呼中林場(chǎng)4、11、7、3 號(hào)和呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)4 號(hào)瞭望塔，以及碧水林場(chǎng)2、6、1 號(hào)和呼中林場(chǎng)的13 號(hào)瞭望塔，但區(qū)域的中心位置附近均無(wú)瞭望塔，處于多個(gè)瞭望塔的共同監(jiān)測(cè)盲區(qū)之內(nèi)（圖7b）。此外，有3 起重大森林火災(zāi)位于監(jiān)測(cè)盲區(qū)內(nèi)，其中2起位于呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，周?chē)鸁o(wú)瞭望塔布設(shè)；還有1 起位于呼源林場(chǎng)的6 號(hào)瞭望塔附近，雖然距離瞭望塔較近，但也處于監(jiān)測(cè)盲區(qū)內(nèi)（圖7b）。

3.2.4 不同可視性區(qū)域內(nèi)森林火災(zāi)時(shí)空屬性分析對(duì)落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域和不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)的時(shí)間屬性進(jìn)行分析，其中2 個(gè)區(qū)域內(nèi)不同年際間的火災(zāi)數(shù)量和火災(zāi)面積均呈波動(dòng)變化，尤其火災(zāi)面積的年際間差異較大。在火災(zāi)發(fā)生月份上，可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)在4—10 月中均有分布，6 月最多；不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)只分布在5—8 月，以6—8 月占比最多，且這3 個(gè)月內(nèi)的火災(zāi)數(shù)量較為平均。在發(fā)生時(shí)間上，可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)除08:00 時(shí)段沒(méi)有火災(zāi)外，其他時(shí)段均有火災(zāi)，其中凌晨時(shí)段火災(zāi)數(shù)量較少，從10:00 開(kāi)始逐漸增多，以中午至傍晚時(shí)段多發(fā)。而不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)是從08:00 開(kāi)始逐漸增多至18:00 結(jié)束，整體也是集中在下午時(shí)段。2 個(gè)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)類(lèi)型都以雷擊火為主，其他類(lèi)型火災(zāi)數(shù)量很少（附圖1、附圖2）。

對(duì)落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域和不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)空間信息進(jìn)行分析，從海拔分布上看，不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)集中在海拔900 m 以下（75.56%），而可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)分布在海拔900 m 以上的占多數(shù)（59.17%），兩者略有差異。在坡度分布上，不可見(jiàn)區(qū)域和可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)都多分布在小坡度（0～15°）范圍內(nèi)（62.22%和74.17%），但相對(duì)來(lái)說(shuō)不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)分布在較大坡度（＞15°）范圍內(nèi)的比例更高（37.78%）；坡向是2 個(gè)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)差異較為明顯的一個(gè)屬性，不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)多分布在北、東北、東 3 個(gè)坡向內(nèi)，而可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)分布最多的是在東南和南 2 個(gè)坡向，整體來(lái)看陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡內(nèi)的火災(zāi)更容易被發(fā)現(xiàn)，而陰坡和半陰坡的火災(zāi)落在瞭望塔盲區(qū)的概率更大一些（附圖3、附圖4）。

4 討論

瞭望塔監(jiān)測(cè)作為森林火災(zāi)防控的一項(xiàng)重要手段，在及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，撲滅火災(zāi)于初發(fā)期具有關(guān)鍵作用（李偉等，2015）。尤其是在呼中地區(qū)雷擊火多發(fā)，起火地點(diǎn)大多在偏遠(yuǎn)密林中，交通不便，航空監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等手段作用有限，主要就是依靠瞭望塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)防控（張媛等，2018；杜君等，2021）。因此，綜合評(píng)價(jià)呼中地區(qū)現(xiàn)有瞭望塔的監(jiān)測(cè)能力，查明瞭望塔的監(jiān)測(cè)盲區(qū)，特別是對(duì)重特大森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)缺失情況，對(duì)于完善呼中瞭望塔的建設(shè)布局以及監(jiān)測(cè)能力的有效提升具有重要應(yīng)用價(jià)值。

整體來(lái)看，研究區(qū)瞭望塔可視域面積占比超過(guò)60%，高于全國(guó)重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)瞭望塔監(jiān)測(cè)水平的平均值（43.6%）（孫思琦等，2020）。但由于瞭望塔的空間布局、位置選取及地形起伏等多種因素影響，導(dǎo)致不同瞭望塔之間可視性差異較大，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)?；诤糁械貐^(qū)森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律，對(duì)當(dāng)?shù)夭t望塔配置建設(shè)及監(jiān)測(cè)能力提升進(jìn)行如下討論并提出建議。

1）完善重點(diǎn)區(qū)域瞭望塔增設(shè)，有效消除監(jiān)測(cè)盲區(qū)。結(jié)合歷史火災(zāi)時(shí)空分布規(guī)律，在火災(zāi)高發(fā)區(qū)和主要監(jiān)測(cè)盲區(qū)新增建設(shè)瞭望塔臺(tái)，如在呼中林場(chǎng)的4、11、3 號(hào)和呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的4 號(hào)瞭望塔中間擇址增設(shè)一座瞭望塔，以及在呼中林場(chǎng)的7、10、9、15 號(hào)瞭望塔之間，碧水林場(chǎng)南部的1、2、6 號(hào)和呼中林場(chǎng)的13 號(hào)瞭望塔之間等重點(diǎn)區(qū)域增設(shè)瞭望塔，可有效減少監(jiān)測(cè)盲區(qū)，從而大幅提升瞭望塔對(duì)區(qū)域森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)能力。另一方面，對(duì)于重特大森林火災(zāi)應(yīng)高度關(guān)注，如在呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)的南部缺少瞭望塔分布區(qū)域已發(fā)生2 起重大森林火災(zāi)，應(yīng)考慮增設(shè)瞭望塔以加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域防控。

2）綜合考量瞭望塔監(jiān)測(cè)能力，有針對(duì)性補(bǔ)強(qiáng)監(jiān)測(cè)短板。整體來(lái)看，呼中地區(qū)各個(gè)瞭望塔之間的監(jiān)測(cè)能力存在較大差異，個(gè)別瞭望塔可視面積占比低于5%，監(jiān)測(cè)范圍十分有限。針對(duì)這些瞭望塔一方面應(yīng)深入分析監(jiān)測(cè)能力低下的具體原因，或改址再建擇優(yōu)布局，若不可移動(dòng)則建議再因地制宜增設(shè)新塔，加強(qiáng)區(qū)域配合，擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍；另一方面可補(bǔ)充輔助監(jiān)測(cè)手段，如增加無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)配合，特別是微型無(wú)人機(jī)，具有小巧輕便、操作簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活、費(fèi)用較少等優(yōu)點(diǎn)，可大幅提升瞭望塔監(jiān)測(cè)范圍，從而有效提升監(jiān)測(cè)能力（何誠(chéng)等，2015）。

3）結(jié)合火災(zāi)時(shí)空分布規(guī)律，針對(duì)性開(kāi)展火情監(jiān)測(cè)。本研究發(fā)現(xiàn)，落在瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域和不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)具有一定的時(shí)空差異性，其中最主要的差異體現(xiàn)在坡向分布上。落在監(jiān)測(cè)盲區(qū)內(nèi)的火災(zāi)多分布在山的陰坡和半陰坡面，這可能與最初瞭望塔選址建設(shè)有關(guān)。一般情況下陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡光照充足，溫度較高，可燃物干燥，更容易發(fā)生火災(zāi)，因此人們更多關(guān)注陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡的火情變化，在瞭望塔建設(shè)時(shí)也更多考慮陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡的視野，容易忽略對(duì)陰坡和半陰坡的重視。但呼中地區(qū)森林火災(zāi)多為雷擊火，其發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，同時(shí)陰坡雖然溫度較低，可燃物較為潮濕，但雷擊火“陰燃”現(xiàn)象十分普遍，而且“陰燃”的持續(xù)時(shí)間從數(shù)小時(shí)至數(shù)天不等，最長(zhǎng)甚至可達(dá)十幾天，在此期間一旦天氣條件合適，“陰燃”很可能轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰鹑紵⒀杆俾?，釀成大的火?zāi)（舒洋等，2022）。因此，在后續(xù)瞭望塔布設(shè)中應(yīng)慎重考慮對(duì)陰坡和半陰坡的有效覆蓋，同時(shí)對(duì)于在陰坡和半陰坡上的落雷應(yīng)高度重視并持續(xù)監(jiān)測(cè)，防止疏忽大意釀成火災(zāi)。

5 結(jié)論

基于研究區(qū)數(shù)字高程模型，利用地理信息技術(shù)分析了呼中地區(qū)瞭望塔的可視性，并結(jié)合研究區(qū)近30年森林火災(zāi)發(fā)生數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)瞭望塔的火災(zāi)監(jiān)測(cè)能力。

1）研究區(qū)森林火災(zāi)多為雷擊火，且近年來(lái)有多發(fā)的趨勢(shì)。夏季尤其是6 月是雷擊火最嚴(yán)重的時(shí)期，多發(fā)生在下午時(shí)段，傍晚至凌晨之間很少發(fā)生。從空間分布上看，雷擊火主要分布在海拔700～1 100 m、坡度較緩（0～15°）、東南坡和南坡的針葉林中。

2）研究區(qū)瞭望塔整體可視面積占比為64.45%，各林場(chǎng)內(nèi)的瞭望塔系統(tǒng)可視性能力大致相等，可視面積占比均在2/3 左右。單瞭望塔可視性分析表明，呼源林場(chǎng)的4 號(hào)瞭望塔可視性最高，呼源林場(chǎng)的5 號(hào)瞭望塔可視性最低，其中呼中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的各瞭望塔的整體可視性水平最高也最為平均。

3）疊加分析結(jié)果顯示，研究區(qū)超過(guò)70%的森林火災(zāi)落在瞭望塔可視域范圍內(nèi)，另外45 起落在瞭望塔監(jiān)測(cè)盲區(qū)的火災(zāi)主要集中在呼中林場(chǎng)的西南部和碧水林場(chǎng)的東南部。從時(shí)間分布上看落在瞭望塔可視域內(nèi)的火災(zāi)在4—10 月均有分布，以6 月最多，而落在監(jiān)測(cè)盲區(qū)內(nèi)的火災(zāi)在6—8 月之間平均分布；從空間分布上看上述2 類(lèi)火災(zāi)的坡向分布差異明顯，前者多分布在東南坡和南坡，而后者多分布在北坡、東北坡、東坡。

附表 1 呼中瞭望塔基本信息Appendix Tab. 1 Basic information of lookout towers in Huzhong

附表 2 單瞭望塔可視性分析Appendix Tab. 2 Visibility analysis of single lookout tower

附圖2 1990—2020 年呼中瞭望塔不可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的森林火災(zāi)逐年（a）、逐月（b）、逐小時(shí)（c）發(fā)生和火因（d）統(tǒng)計(jì)Attached Fig. 2 Annual (a), monthly (b), time (c) and fire causes (d) statistics of forest fires in the invisible area of the lookout tower in Huzhong area from 1990 to 2020

附圖3 1990—2020 年呼中地區(qū)瞭望塔可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的森林火災(zāi)海拔（a）、坡度（b）、坡向（c）和發(fā)生地植被類(lèi)型（d）統(tǒng)計(jì)Attached Fig. 3 Statistics on the altitude (a), slope (b), slope aspect (c) and vegetation type (d) of forest fires in the visible area of the lookout tower in Huzhong area from 1990 to 2020