黑龙江大兴安岭卫星热点预报森林火灾准确性研究

卫星监测是现阶段我国主要森林火灾监测方法,其本质是测报地面的高温热源,利用粗分辨率的遥感数据进行林火监测时不能区分高温热源性质、精确定位火场,对于热点数据的地面核查反馈工作造成一定困难。提升热点数据处置的技术水平是森林防火研究的热点。本文基于2005—2015年黑龙江省大兴安岭林区卫星热点数据和同时期森林火灾历史资料,利用ARCGIS和统计分析,得出结论如下:1)卫星热点初判林火发生次数的准确率79.7%,不同卫星初判热源差异较大,NOAA-16、NOAA-18、NOAA-19和FY-1D的报准率均在80%左右,监测次数综合达到1 928次,占总数的2/3,是监测林火的主力卫星。2)卫星预报初判林火发生位置平均误差为5 787.9 m;不同卫星初判热源差异较大,NOAA-19和Terra预报热点的误差较小,但监测数量偏少;NOAA-15和NOAA-17的监测数量虽然较多,但其误差非常大,NOAA-15有7 064.7 m,NOAA-17达到万米以上。3)在卫星监测到的219次森林火灾和历史资料记录的165次火灾中,有147次森林火灾能够对应,卫星的多报、少报问题主要集中于呼玛县,在连续监测同一场森林火灾时,容易出现多报、少报的现象。建议在无法提高卫星性能的情况下,改进卫星图像的处理技术,完善卫星图像的判读标准,提高判读的准确性,同时完善地面核查反馈的方案,以增加核查效率,降低核查经济成本,同时基于不同卫星的性能差异,建议在进行林火监测时应以预报精确的风云系列极轨卫星为主,以性能稳定的NOAA系列卫星为辅。

我国森林火灾中人员伤亡时空分布特征研究

基于我国1988-2012年森林火灾统计资料及典型案例,运用统计分析方法和ARCMAP空间分析方法,对比同时期世界上几个森林火灾多发国家的统计数据,分析了我国森林火灾中人员伤亡时空特征。结果表明:1988-2012年我国森林火灾造成的人员伤亡情况较为严重,森林火灾中人员伤亡比例远高于同时期的北美国家;森林火灾中人员伤亡高发于干旱严重的年份;春季是森林火灾人员伤亡的高发季节,2000-2012年春季森林火灾中人员伤亡人数占森林火灾伤亡总人数的54.2%;3月是森林火灾中人员伤亡的高发月份,1999-2012年3月森林火灾中伤亡人数约占全国伤亡总人数的33.7%;西南和华中地区是伤亡密集区,2000-2012年,西南地区森林火灾的伤亡人数占全全国伤亡总人数的35.5%,2000-2012年华中地区伤亡人数占全国伤亡总人数的24.3%,云南省和湖南省是伤亡重灾省份,其中云南省伤亡人数最多,以轻伤为主,云南省轻伤人数占全国轻伤总人数的73.0%。

森林火灾损失评估方法体系研究综述

通过借鉴国外森林火灾损失评估方法和评估系统,重点剖析了现阶段我国森林火灾损失评估工作中存在的问题,并针对制定适用于我国的森林火灾损失评估体系,探讨了构建我国森林火灾损失评估体系关键技术问题,提出了未来森林火灾损失评估研究需加强的研究方向。

气候变化对中国森林火险的影响

【目的】在全国尺度上研究气候变化对森林火险的影响,为我国宏观林火管理提供科学参考依据。【方法】研究区包括中国的主要森林分布区,并根据中国生态地理系统分成6个区域,研究过去50年和未来2021—2050年的主要气候特征及火险变化。地面气候资料包括824个国家级基准、基本站的日值观测资料(1961—2010年)数据集,利用距离方向加权平均法把各气象因子差值到空间分辨率为0.25°×0.25°的网格点。气候情景数据包括4个情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)下5个全球气候模式(GFDL-ESM2M、Had GEM2-ES、IPSLCM5A-LR、MIROC-ESM-CHEM和Nor ESM1-M)的日值数据(1951—2050年),水平分辨率为0.5°×0.5°。分别根据观测数据和订正后的气候模式预测数据计算每个格点每日的森林火险天气指数。因子突变检验采用Mann-Kendall法。【结果】历史观测数据表明,基准时段(1971—2010年)研究区平均气温呈上升趋势,但降水量无明显变化。1961—2010年各森林分布区的火险期平均气温增加趋势显著,而降水量只有中温带干旱地区荒漠针叶林区显著增加,其他区域的变化不显著。1976—2010年各生态地理区内森林分布区的火险期指数平均值大部分表现出增加趋势。区域气候情景模型预测2021—2050年森林分布区的平均气温将增加1.6~2.1℃,降水将增加2.3%~4.8%。2021—2050年各生态区防火期的平均气温在都比基准时段显著增加,但降水量只有寒温带湿润地区针叶林区和中北亚热带湿润地区阔叶林、人工植被区显著增加。RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下火险天气指数95th百分位数比基准时段分别增加13.5%,18.9%,14.9%和22.33%;不同气候情景下的火险天气指数的未来增量存在空间差异,其中南方和西南林区的高火险天气日数将明显增加。【结论】1976—2010年我国的森林火险指数表现出增加趋势。气候模式对气温与降水的模拟基本和观测值一致,其预测的2021—2050年我国森林分布区的平均气温和降水量都将有所增加,导致火险期气候呈现暖干化变化趋势,大部分区域的火险指数将升高,尤其南方比北方林区的增幅更加显著,华北和西南地区将是未来森林火灾预防的重点区域。目前气候模型还不能很好地模拟极端气候事件,这对森林火险的分析会有一定的影响,但研究结果可以反映森林火险天气的变化趋势。未来需要更加注重极端气候事件对森林火险和潜在火行为影响的研究。

中国南方冰雪灾害对森林火灾火发生短期影响分析--以湖南为例

以湖南省为研究区域,分析冰雪后短期内(3月份)卫星热点的空间分布特征、与受害程度的空间关系,森林火灾发生的特点和扑火人员伤亡情况,以及气象因素对火发生的影响。结果表明:处于受害区确认为森林火灾的卫星热点占总数的61.00%。2008年3月份火灾次数和过火面积异常增高,共发生火灾3097起,过火面积23227.68hm2,火灾次数超过1999—2007年3月份火灾次数的总和,且是1999—2007年3月份火灾次数总和的120.65%,3月份平均火灾次数的10.86倍。过火面积是1999—2007年3月份总和的88.40%,3月份平均过火面积的4.69倍。人员伤亡40人,是1999—2007年3月份人员伤亡总和的72.73%,平均伤亡人数的6.56倍。冰雪灾害后,2008年3月火灾次数、过火面积和人员伤亡人数的异常增高已经超出了气温和降水对火发生正常影响的范围。

中国南方冰雪灾害对森林可燃物影响的数量化分析--以湖南为例

利用遥感数据、地面调查数据及植被分布图,将可燃物分为6种类型:阔叶林、马尾松林、杉木林、混交林、其他针叶林和竹林。通过地面调查和遥感分析对森林受害程度进行分级,根据冰雪前后同期卫星数据NDVI值的差异可以对林木受害程度进行分级,对不同结构层次可燃物增减情况进行分析,根据NDVI变化和地面调查将受害程度分为4级。结果表明:Ⅰ级受害面积400.07万hm2,占总森林面积41.68%,Ⅱ级受害面积403.95万hm2,占总森林面积41.93%,Ⅲ级受害面积100.90万hm2,占总森林面积10.42%,Ⅳ级受害面积57.76万hm2,占总森林面积5.96%。林木受害后主要表现为地表可燃物载量急剧增加,对于不同可燃物、不同受害程度增加的量有很大不同,地表可燃物载量最大增长倍数为32.81倍,最高地表可燃物载量可达142.82t·hm-2。

厄尔尼诺/拉尼娜事件对中国火险天气和森林火灾的影响

介绍了厄尔尼诺、拉尼娜和ENSO事件的概念、分类以及国内外研究现状与方法,综述了厄尔尼诺和拉尼娜事件对我国东北林区、西南林区、南方和华北林区的森林火险气象因子及森林火灾的影响,并就1950-2016年不同林区厄尔尼诺/拉尼娜年份森林火灾的发生情况开展统计分析。文献综述和分析结果表明,厄尔尼诺当年及次年东北地区夏季通常出现高温、降水减少,拉尼娜次年气温偏低,降水增多,厄尔尼诺当年及次年该地区森林火灾明显增加。西南地区在厄尔尼诺年份和拉尼娜年份都会出现干旱,火险高于常年。长江流域及长江以南地区常常发生干旱,拉尼娜年份降水量有增加趋势。南方林区在厄尔尼诺年份森林火灾减少,而在拉尼娜年份森林火灾增加。华北地区在厄尔尼诺年份温度呈现负异常,易发生干旱,春季火灾比常年严重。

中国主要生态地理区的林火动态特征分析

【目的】研究中国主要生态地理区的林火动态,为开展林火科学管理提供依据。【方法】基于中国生态地理区域系统的分类结果和森林火灾特点,把中国大陆植被区划分为寒温带湿润地区落叶针叶林区(R1)、中温带湿润地区森林区(R2)、中温带干旱地区荒漠针叶林区(R3)、中温带半干旱地区草原区(R4)、暖温带湿润/半湿润地区落叶阔叶林及人工植被区(R5)、中温带半干旱/干旱地区草原区(R6)、中北亚热带湿润地区阔叶林及人工植被区(R7)和热带南亚热带湿润地区阔叶林及人工植被区(R8)。根据2005—2012年卫星监测地面热点数据和林火统计数据,分析各生态地理区的林火空间与时间分布特征。【结果】野火主要分布在东部,其中分布在R8区域的野火占84.4%,分别在R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7区域的野火分别占0.5%,3.8%,0.1%,2.7%,2.7%,0.1%和5.8%。根据林火发生时间分布确定各生态地理区的火险期,北方地区火灾主要发生在春秋季,而南方森林火灾主要发生在冬季和春季;各生态地理区的火险期分别为R1的3—10月、R2的4—5月和7—10月、R3的3—5月和8—10月、R4的3—6月和9—10月、R5的11—翌年5月、R6的12—翌年5月、R7的12—翌年5月和R8的11—翌年5月。虽然热带南亚热带湿润地区的火灾比较多,但比较容易控制,而寒温带湿润地区落叶针叶林区的火灾平均燃烧时间长。2005—2012年各生态地理区的林火发生次数和林火面积都表现出显著的波动性。人为干扰对林火动态的影响很大,特别在人口密度分布高的南方区域。热带南亚热带湿润地区阔叶林及人工植被区林火发生频度最高,年均发生森林火灾6 489次,火循环周期为4 547年;而寒温带湿润地区落叶针叶林区的火循环周期最短,林火发生频度为0.04次·(104hm2)-1,火循环周期为1 007年。中温带湿润地区森林区、中温带半干旱地区草原区的林火动态变化趋势与寒温带湿润地区落叶针叶林区相似。暖温带湿润/半湿润地区落叶阔叶林及人工植被区和中北亚热带湿润地区阔叶林及人工植被区火烧频度为0.28和0.25次·(104hm2)-1。【结论】中国的林火主要分布在东部区域。北方地区火灾主要发生在春季和秋季,南方地区火灾主要发生在冬季和春季。热带南亚热带湿润地区阔叶林、人工植被区林火发生频度最高,寒温带湿润地区落叶针叶林的火循环周期最短。建议根据林火动态变化和森林经营目的进行可燃物管理,维持林火动态在一个合理水平,实现森林资源的可持续利用。

气候变化对林火动态的影响研究进展

气候变化对林火动态的影响一直是国内外研究的热点,从数据获取方式、研究内容、研究方法和研究结论等角度出发对此领域的进展进行了综述。当前以气候变暖为主要特征的气候变化已对林火动态产生重要影响,全球大部分地区林火发生频率增大、林火强度增强;在预期继续变暖的气候背景下,未来林火情势会更加严峻;但由于气候变化的区域性差异,有些地区的林火动态变化不明显或呈现下降趋势。对预期气候情景下研究结论的不确定性进行了分析,并讨论了我国与国外在此领域的研究差距及其原因。最后,对未来的研究方向进行了展望。

ENSO对黑龙江省森林火灾的影响

利用黑龙江省1980—1999年森林火灾数据,以及NINO3.4指数和SOI指数,分别对其进行谱分析,得出其波动周期分别为:火灾次数的周期为10.00年;火灾面积的周期为6.67年;La Nin^a和El Nin^o在这20年中的基本周期为5.00年。进而对其进行相关性分析,结果表明,La Nin^a和El Ni^no与森林火灾面积和次数的相关性极为显著,NI-NO3.4指数与森林火灾年发生面积与次数呈负相关,相关系数分别为-0.523 1和-0.659 4,SOI指数与森林火灾年发生次数与面积呈正相关,相关系数分别为0.525 4和0.536 3。La Ni^na对森林火灾的影响较El Nin^o的影响要小。由于受遥相关二次效应的影响,森林火灾的发生相对于El Nin^o事件的高峰有一定的滞后。在ENSO暖事件间期,通常火灾面积、次数会异常增高。

针叶树萜类合成酶研究进展

萜类化合物是植物一类重要的次生代谢物,在寄主识别和信息通讯及3层营养关系等生态关系上具有重要功能。萜类合成酶是萜烯生物合成途径中的重要调控酶之一,特别是在萜烯化合物多样性的调控上具有重要作用。在针叶树中,萜类合成酶的深入研究有助于更好地利用萜类化合物以进行病虫害的防御。综述近年来针叶树中萜烯合成酶的理化性质、基因和氨基酸序列特征以及调控等方面的研究成果,为我国开展这方面的研究工作提供有益的参考。

多气候情景下大兴安岭森林燃烧性评估

【目的】利用燃烧概率模型BURN-P3描述未来不同气候情景下大兴安岭地区的林火动态变化,提高对气候变化影响的认知,为开展林火管理适应技术提供科学依据。【方法】基于RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景的气候模式数据,利用历史地面观测气象数据对气候模式数据的气温和降水量分别进行了校正。根据火险天气指数系统(FWI)分别计算研究区各格点的森林火险天气指数,结合研究区可燃物类型、火发生和地形等数据,利用BURN-P3软件逐日模拟1971—2050年黑龙江大兴安岭地区的火发生与蔓延状况,分析不同气候情景下的森林燃烧概率和火行为变化。【结果】1991—2010年研究区模拟平均燃烧概率为0.010 8,过火区(除2003年)燃烧概率为0.011 3,火发生位置的平均燃烧概率为0.012 45,t检验表明差异显著。2003年研究区平均燃烧概率为0.014 2,比1991—2010年平均值高31.5%。通过对过去时段的模拟结果与实际过火区比较分析,表明BURN-P3模型能较好地模拟大兴安岭地区的林火动态。与基准时段相比,2021—2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景下燃烧概率平均增幅分别为-6.21%,7.71%,7.80%和19.48%,燃烧概率增幅较大的区域主要分布在中南部;火烧强度将分别增加-13.0%,4.4%,1.5%和8.0%;树冠火比例分别增加-12.7%,4.2%,5.0%和4.7%,中部和西部树冠火增多显著。【结论】BURN-P3模型可用于模拟大兴安岭的林火动态,模拟结果可反映森林燃烧概率状况。与基准时段相比,2021—2050时段RCP2.6气候情景下平均燃烧概率有所降低,RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景下燃烧概率将增加,火烧强度、蔓延速度和树冠火比率都呈现小幅增加。中南部的火活动明显增强,不同气候情景之间有所差异。

厄尔尼诺/拉尼娜对大兴安岭森林火险天气的影响

[目的]通过研究厄尔尼诺/拉尼娜事件对大兴安岭天气和火天气指数的影响,定量描述厄尔尼诺/拉尼娜事件在火天气指数变化中的作用。[方法]根据研究区及周边气象站日最高气温、日最小相对湿度、平均风速和24 h降水量计算1951—2016年大兴安岭森林火险天气指数,分析超强和强厄尔尼诺年、中等和弱厄尔尼诺年、拉尼娜年和正常年等4种情景下的主要天气因子和火天气指数的差异。[结果]春季火险期,超强和强厄尔尼诺年日均最高气温较正常年偏低0. 21℃,降水量增加6. 78%,拉尼娜年日均最高气温增加0. 44℃,降水量增加2. 77 mm;厄尔尼诺/拉尼娜年的秋季火险期日均最高气温低于正常年。超强和强厄尔尼诺年春季和秋季火险期的细小可燃物湿度码(FFMC)、腐殖质湿度码(DMC)、干旱码(DC)、累积指数(BUI)和火天气指数(FWI)平均值低于正常年份,FWI从西南到东北逐渐降低;中等和弱厄尔尼诺年春季火险期6个指数均低于正常年份,秋季火险期除FFMC外其他火天气指数均低于正常年份;拉尼娜年春季火险期的FFMC、初始蔓延速度(ISI)和FWI低于正常年份,秋季火险期除DC外其他指数均低于正常年份。[结论]大兴安岭地区在超强和强厄尔尼诺年春秋季火险期火天气指数较正常年份低,西部地区火天气指数高于东部地区。拉尼娜年春季火险期东部地区FWI低于正常年份,中西部偏高,秋季火险期西北部地区高于正常年份,东南部偏低。

计划火烧对区域森林燃烧性的影响

[目的]利用燃烧概率模型模拟计划火烧前后两种情景下的森林燃烧概率,在景观尺度上定量评估计划火烧在林火预防中的作用。[方法]利用SPOT6卫星数据提取大兴安岭部分区域在2016年火险期前进行计划火烧处理的可燃物状况,基于研究区附近地面气象观测数据利用R软件计算2016年火险期每日的火险指数,通过BURN-P3模型分别模拟计划火烧前后的森林燃烧性,评估计划火烧对森林燃烧概率和火行为的影响。[结果]2016年火险期前该区域进行计划火烧的面积为44 931 hm^2,占区域总面积的20.8%。计划火烧后,研究区平均燃烧概率从0.016 4降到0.012 4,落叶针叶林、常绿针叶林、针阔混交林、草地和落叶阔叶林平均燃烧概率分别降低4.2%、3.5%、5.9%、2.3%和0.6%。计划火烧前研究区的平均火烧强度和平均蔓延速度分别为548.9 kW·m^-2和2.2 m·min^-1,通过计划火烧处理,火烧强度和蔓延速度分别降低17.9%和24.3%。落叶针叶林和针阔混交林是发生树冠火的主要类型,火强度高、火蔓延速度快。计划火烧处理后研究区的树冠火比例降低了11.7%。[结论]火险期前的计划火烧减少了区域内草类可燃物的空间分布,降低了草类可燃物载量,也有效降低了区域内的森林燃烧性,平均火强度、蔓延速度和树冠火发生比例均显著降低。计划火烧区附近2 500 m范围内的燃烧概率明显降低。

森林火行为与特殊火行为研究进展

森林火灾主要包括地表火、地下火、树冠火3种蔓延形式。目前火蔓延模型主要关注于森林地表火的蔓延研究,对一些特殊的火行为,如树冠火、火旋风、飞火等研究极为薄弱,而这些火行为在特大森林火灾的蔓延传播中起着重要作用,往往加速火蔓延,并对扑火人员造成生命危险。我国森林大多集中在山区,火灾一旦发生,由于复杂的地形、不均匀的可燃物分布、多变的局地风和林火的相互作用,极易形成复杂的火行为。文中对森林火灾中的火行为和特殊火行为进行了论述,讨论了当前的研究进展和未来发展趋势。

韩国国家森林火险等级预报系统概述

在全球气候变化背景下,借鉴美国和加拿大先进的森林火险等级预报系统的经验,尤其是借鉴其他国家消化吸收美、加两国森林火险等级预报系统的成功做法是提高我国森林火灾综合防控能力的有效途径。文中介绍了韩国国家森林火险等级预报系统(KFFDRI)研建过程及其原理与方法等技术细节,比较了KFFDRI与美国国家火险等级系统(NFDRS)及加拿大森林火险等级预报系统(CFFDRS)的不同,以期对我国构建国家森林火险等级预报系统提供技术参考。

天山中部天山云杉林地表可燃物载量及其影响因素

【目的】对天山中部天山云杉林地表可燃物载量进行系统调查,分析地表可燃物载量与地形和林分因子的关系,比较不同郁闭度林分可燃物载量差异,为制定科学合理的天山云杉林可燃物管理措施提供科学依据。【方法】在天山中部沿海拔梯度设置48个样地,调查和测定天山云杉林林分的1、10和100 h时滞地表可燃物载量以及地形和林分因子,采用相关分析方法分析地表可燃物载量与林分和地形因子的关系,利用多元线性回归方法建立可燃物载量估测模型。【结果】天山云杉林1、10和100 h时滞及总地表可燃物载量平均分别为1.49±1.00、2.69±1.05、2.06±0.29和6.24±1.21 t·hm^(-2)。高、中和低郁闭度天山云杉林地表总可燃物载量分别为12.09±3.13、4.29±2.35和2.34±0.83 t·hm^(-2)。1 h时滞地表可燃物载量与海拔呈显著负相关(P<0.05),与坡度和郁闭度呈显著正相关(P<0.05);10 h时滞地表可燃物载量与海拔呈显著负相关(P<0.05),与树高和郁闭度呈极显著正相关(P<0.05);100 h时滞地表可燃物载量与郁闭度呈极显著正相关(P<0.01),与树高呈显著正相关(P<0.05);总地表可燃物载量与郁闭度呈极显著正相关(P<0.05),与树高和坡度呈显著正相关(P<0.05)。【结论】海拔、坡度、树高和郁闭度对天山中部天山云杉林可燃物载量均有一定影响,其中郁闭度影响最显著。林分郁闭度与地表可燃物载量呈正相关。地表可燃物载量在高郁闭度林分最大,在中郁闭度林分次之。由于林内较干燥,凋落物不易分解,导致地表可燃物大量堆积,林内较高的1 h时滞地表可燃物载量使得林分发生林火的可能性增加;从地表可燃物载量的数量和构成来看,天山中部天山云杉林已具备发生森林大火的物质基础。

北京西山可燃物特点及潜在火行为

以北京西山魏家村林场为研究区域,通过样地调查和森林清查数据将可燃物划分为针叶林、阔叶林、混交林和疏林地。根据样地调查和树木生物量模型计算不同类型和不同层次的可燃物载量、厚度和高度。根据2000—2006年当地气象数据,确定历史平均最大风速的平均值和主风向,在此背景下对风场进行模拟,进而对地表火和树冠火进行模拟计算,计算出不同类型火发生时火蔓延速度、火强度和火焰高度的分布图。地表火的蔓延速度为0.01～0.22m.s-1,树冠火的蔓延速度为0.12～2.25m.s-1;地表火的火线强度为144～6595kW.m-1,树冠火的火线强度为3214～189002kW.m-1;地表火的火焰高度为0.37～2.50m,树冠火的火焰高度为1.75～13.4m。通过对可燃物和火行为指标的计算,可以为防火林带规划和防火林管理提供依据,也可为可燃物管理、扑火安全防范等提供借鉴。

1957－2007年云南省森林火险变化

当前以变暖为主要特征的气候变化已对全球林火的发生产生重要影响。本文基于日气象数据(气温、降水量、空气相对湿度、风速),按照加拿大火险天气指数的计算方法,计算了云南省1957—2007年间每日的森林火险天气指数,分析了该省50年来森林火险的变化趋势。结果表明:云南省的火险期为上年11月至当年6月,持续期约8个月;林火数据(林火数量、过火面积和受害森林面积)与火险天气指数的相关性显著,半腐层湿度码(DMC)的火险期平均值和火险期严峻度(SSR)可作为不同火险期火险状况比较的良好指标。1957—2007年云南省森林火险状况呈现2种变化趋势:1)总体上周期性变化趋势明显,在周期性变化的同时呈上升趋势,表现为1991—2007年的火险状况比1961—1990年的火险状况略有升高;2)1991—2007年各火险期火险状况的波动性下降,火险状况异常严峻的火险期数量比1961—1990年减少。

火烧迹地更新与恢复研究进展

火是森林生态系统中重要的干扰因子,它对森林植被的演替与恢复均有重要的影响。火后植被的更新与恢复过程一直以来是火后植被恢复过程研究的一个热点。文中简述了火烧迹地更新与恢复的研究历史,当前的研究内容及发展方向。