伊春地區森林火災時空分布格局1)

胡海清 李 楠 孫 龍 單 琳

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

林火是顯著影響森林生態系統的干擾因子［1］。在全球尺度上，它影響著地球生物化學循環，在大氣的化學循環和碳循環中起著及其重要的作用［2］。過去的100 a中，人為引起的林火頻率和強度顯著增加［3］。對于林火的歷史和格局的研究一直是林火研究的重要領域，因為它深刻地影響著陸地生態系統的過程和陸地森林景觀的結構［4］。伊春林區是我國最大的國有林區和闊葉紅松林的集中分布區，對調節區域生態系統平衡以及維持區域生態安全具有重要作用。伊春林區在過去的38 a間，共發生森林火災1 048起，火災燒毀面積3.2×105hm2，對區域森林生態系統造成了很大的影響。目前關于林火時空格局的研究已有報道，主要集中于火災較為集中的區域，如黑龍江省［5－6］、大興安嶺的塔河地區［7－8］、西藏自治區［9］等，而對伊春地區林火分布格局及發生規律的研究尚未見報道。因此，筆者在對區域火災資料整理和統計分析的基礎上，研究了林火的時空分布格局以及發生規律，旨在為伊春地區森林火災預防以及預測預報研究提供科學依據［10］。

1 研究地區概況

伊春位于中國黑龍江省東北部小興安嶺腹地的湯旺河流域(N46°28＇～49°21＇，E127°42＇～ 130°14＇)，屬全國重點國有林區。行政區劃面積32 872 km2，林地2 846 270.3 hm2，森林覆被率83.4%，森林類型以闊葉及其混交為主，活立木總蓄積2.44億m3。該區屬北溫帶大陸性季風氣候區，在黑龍江省氣候分區圖上為小興安嶺寒冷多雨區，年平均氣溫－1～1℃。全市氣候分為3個分區。北溫帶溫暖多雨區，主要是翠巒區的解放與南岔、晨明一線以南地區，該區年降水量為650～750 mm，年平均氣溫1.2℃;北溫帶溫涼少雨區，為解放、南岔、晨明以北，嘉蔭縣沿江平原以南地區，該區年降水量590～650 mm，年平均氣溫1.0℃;北溫帶溫和少雨區，主要是嘉蔭縣沿江平原地區，該區年降水量590 mm，年平均氣溫1℃。四季氣溫特征為春季、夏季溫熱多雨，秋季雨季短暫，升、降溫快，大風天多，冬季寒冷漫長［11］。

2 研究方法

2.1 資料收集

收集以下資料:伊春地區1970—2010年的森林火災統計數據，包括火災發生時間、撲滅時間、火點的地理坐標、起火原因和過火面積等，由于資料數據缺失，1979、1997及2000年無火災統計數據;伊春地區行政區劃圖。

2.2 計算方法

森林火災輪回期是指某地區森林完全火燒一遍所需要的時間。它同火災發生的概率反映了森林火災在該地區的發生頻率，火燒后植被的破壞程度以及恢復所需要時間的公式如下［12］:

式中:Fc為火災輪回期(a);S為研究區域面積(hm2);Sa為平均每年過火面積(hm2·a－1)。

火災發生初始概率計算公式如下:

式中:P為火災發生初始概率，Fc為火災輪回期(a)。

2.3 地理空間數據庫的建立

利用地理信息系統軟件ARC/INFO數字化伊春地區的行政區劃圖。根據森林火災發生位置的地理坐標建立火災空間分布圖層。并將該圖層與行政區劃圖疊加，繪制火災發生空間行政區劃分布圖。

質心是描述空間目標分布的最有用的單一量算量，火場的質心是火場的平均位置，是火場空間分布的平衡點，計算公式如下［13－14］:

其中:i是離散的火點位置，Wi為該火點的權重，代表該火點與火場邊界的距離。Xi、Yi為火點坐標。由于收集到的伊春地區火災數據缺乏相應的火場形狀數據，以火災發生記錄的經緯度為中心作圓緩沖區，使緩沖區面積與火災面積相等，近似算出每年發生的林火火場質心的經緯度坐標。

2.4 火險等級的劃分

森林火災等級參照《森林防火條例》第四十條規定(2008年修訂):根據森林火災過火面積分為一般森林火災(小于1 hm2)、較大森林火災(1～100hm2)、重大森林火災(100～1 000 hm2)和特別重大森林火災(大于1 000 hm2)，條款所稱“以上”的包括本數，其中“以下”不包括本數。

3 結果與分析

3.1 林火時間分布特征

3.1.1 年際變化

次數年際變化:伊春地區38 a共計發生森林火災1 048次。人為火源811次，占總次數的77.39%。一般森林火災404次，占總次數的38.55%，年平均約10次;較大森林火災509次，占總次數的48.57%，年平均約13次;重大森林火災104次，占總次數的9.92%，年平均約為3次;特重大森林火災31次，占總次數的2.96%，年平均近1次。因此，一般森林火災和較大森林火災為伊春地區森林火災的主要類型。

表1是伊春地區森林火災次數的年際變化。火災的發生可劃分為兩個階段，1970—1978年為火災高發期，年平均火災73次，其中1976年出現最大值，當年發生森林火災共計124次。1980—2010年火災次數呈明顯的減少趨勢，年平均火災僅為13次。

面積年際變化:伊春地區38 a總過火面積為320 959.07 hm2，年平均過火面積為8446.3hm2。其中雷擊火總面積為1 036.76 hm2，占總過火面積的0.32%，年平均27.3 hm2;人為火總面積為166 483.3 hm2，占總過火面積的51.87%，年平均4 381.14 hm2，是林火面積的主體;不明火源的林火面積為148 215 hm2，占總面積的 46.18%，年平均 3 900.415 hm2，不明火源中大部分也為人為火。

表1為伊春地區森林火災面積的年際變化，由于面積的年際變化差異較大，所以我們采用百分比的形式，即使用年過火面積占總林火面積和年人為火面積占總人為火面積的百分數與火災年份制圖。1970—1978年也為火災面積較大的高發期，年平均過火面積為34 292.12 hm2，其中1976年出現過火的最大面積，當年的火災面積為183 927.55 hm2，占38 a總面積的57.4%。1980—2010年火災面積為12 329.95 hm2，年平均火災僅為425.17 hm2遠遠低于總的平均值。人為林火面積的年際變化同總林火面積類似，人為火面積的年際變化也可以分為兩個時段，1970—1978年和1980—2010年，其中1976和1978年是人為火災面積較大的兩個年份，兩年的總和占到了人為火總面積的57.5%，超過半數以上。

表1 伊春地區1970—2010年森林火災次數與面積的年際變化

火災輪回期及初始概率:林火災輪回期是一種表示森林火災次數和面積的方法，反映森林火災發生頻度及年平均火災面積的大小。它對該林區森林演變，森林樹種組成及其結構都有影響，是判斷森林火災的重要指標之一。火災發生的概率可表示火災發生可能性的一個量，可以根據火災輪回期計算得出。通常火災輪回期高，則火災發生的概率就小。

用總過火面積計算伊春地區的火災輪回期，通過38 a的火災數據得出伊春地區森林火災輪回期為389 a;根據火災次數和面積的年際變化規律，分別計算出1970—1980年火災輪回期為96 a，也說明了這一階段為火災的高發階段;1980—2010年火災輪回期為7 731 a，火災輪回期延長。通過火災輪回期進一步計算得出，火災發生的概率從1970—1980年的0.01 下降到1980—2010 年的0.000 13。

次數與面積的相關性:1970—2010年38 a總林火次數和林火面積的相關系數為0.408，在0.01水平上顯著;人為火次數與人為火面積的相關系數為0.349，在0.01水平上顯著。這些表明總林火和人為火的次數和面積正相關。雷擊火次數與面積的相關系數僅為0.095，不相關。

3.1.2 季節變化

伊春地區森林火災的發生主要在3—6月和9、10月，12月無森林火災發生。表2是38 a間林火的次數和面積在季節中的分布。總林火次數和面積主要集中在4、5、9、10月份。雷擊火主要發生在5、6月份，面積集中在5、9月份。

表2 伊春地區1970—2010年森林火災季節分布

圖1 伊春地區1970—2010年總森林火災及雷擊火災空間分布

3.2 林火空間分布格局

3.2.1 林火次數空間分布

為了便于直觀地揭示伊春地區森林火災分布情況，利用地理信息系統軟件ARC/INFO根據火災發生的火點坐標結合伊春地區行政區劃圖來確定伊春地區林火的空間分布情況(圖1)。38 a間共計發生森林火災1 048次。除嘉蔭縣無鐵路外，其他地區森林火災沿鐵路線兩側分布較為明顯，是火災的高發區，這顯然是由于機車跑火及閘瓦火造成的。因此在鐵路線兩側開設防火隔離帶應該是一項比較可取的辦法，是伊春地區森林防火工作的重點之一。雷擊火38 a間共發生36次，年均僅為1次左右，其中大部分雷擊火發生在鐵力市內，其他地區遭遇雷擊火的次數較少。

3.2.2 林火空間位移

根據計算分別統計火場質心數據，以火場質心經度為橫坐標，緯度縱坐標，繪制出火場質心在空間分布的趨勢線。伊春地區林火火場質心分布的擬合曲線為:y=1.398x－132.5，R2=0.516。式中x為經度，y為緯度。可以看出林火火場質心則以擬合曲線為中心呈帶狀分布，質心相對集中。同時根據經緯度分別做出質心隨年份的波動曲線(圖2)。火場質心的分布中心為129.25°W、48.14°N。伊春地區在經度上波動的最大值為129.73°W，最小值為128.81°W，經度變化在1 度范圍內;在緯度上波動的最大值為49.07°N，最小值為47.23°N，緯度變化在2度范圍內，火場的質心在空間上的位移不是十分明顯。

3.3 火源分析

根據38 a火災數據統計，共發生火災1 048次，其中雷擊火源36次，占總次數的3.44%，年平均0.9次;復燃火源8次，占總次數的0.76%，年平均0.2次;占森林火災發生主體的是人為火源，為811次，占總次數的77.39%，年平均21.3次。雷擊火源比例高于全國森林火災中的比例(＜1%)，但與大興安嶺地區同時期36.84%相比差異較大［15］，由于當地氣候及火雷擊火發生的特點的原因，這一火因在伊春地區并不明顯。在已查明火源的855次火災中，主要由生產、生活用火中的機車跑火193次、吸煙266次和燒荒119次組成。三者所占已查明火源次數的比例分別為22.57%、31.11%和13.92%。在全國森林火災火源統計的比例中上墳燒紙占10%，而伊春地區38 a間僅為12次，比例為0.15%，也不是生活用火中的主要原因。

圖2 伊春地區火場質心在經度和緯度方向的分布

4 結論

根據伊春地區38 a森林火災數據的統計分析，火災的年際間波動較大，1970—1978年為火災高發階段，1980—2010年有明顯的減少趨勢。4、5、9、10月份是伊春地區森林火災的高發期，火災發生的次數集中在4月、5月份，面積集中在4、10月份，一般森林火災和較大森林火災是火災的普遍程度。火災輪回期呈增加的趨勢，發生的初始概率降低，呈兩個明顯的時段，結果與火災發生的次數與面積的特點相符合。這樣的分布特點和該地區的氣候特征及可燃物分布決定了伊春地區的防火期主要是春季和秋季。森林火災的發生位置沿鐵路線分布較為明顯，而且相對集中，這是由森林火災的主要火源中生產用火所引起的。除此之外生活用火中吸煙和燒荒是引起森林火災的主要原因。因此根據森林火災發生的規律和特點，針對當地居民積極開展森林防火教育，提高其防止森林火災的風險意識，這些對減少人為火源非常重要。

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