中蒙邊境地區草原火時空分布特征分析*

麗　娜，包玉龍,2，銀　山,2，畢力格，那日蘇

(1.內蒙古師范大學 地理科學學院，內蒙古 呼和浩特 010020； 2.內蒙古自治區遙感與地理信息系統重點實驗室，內蒙古 呼和浩特010020；3.內蒙古氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051)

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中蒙邊境地區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.內蒙古師范大學 地理科學學院，內蒙古 呼和浩特 010020； 2.內蒙古自治區遙感與地理信息系統重點實驗室，內蒙古 呼和浩特010020；3.內蒙古氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051)

摘要:草原火災是中蒙兩國共同遭受的比較嚴重的自然災害之一。針對中蒙邊境地區的草原火災，以內蒙古東烏珠穆沁旗及接壤的蒙古國三個蘇木為研究區，采用2000-2014年的MCD45A火燒跡地產品，利用GIS空間分析方法對中蒙邊境地區草原火的時空分布特征進行分析研究。研究結果表明：近15年研究區過火跡地空間分布廣泛，而研究區總過火面積的95%分布在蒙古國境內。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，過火頻次達到15年內同一個像元上發生7次。而中國的東烏珠穆沁旗境內卻沒有該現象。研究區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。

關鍵詞:中蒙邊境；草原火災；MCD45A; 時空分布

草原火災是當前全球性重大災害之一，因其突發性強，破壞性大，給牧區經濟特別是畜牧業帶來了巨大損失[1-2]。草原火災作為自然生態系統中重要的干擾因子之一[3]，在全球范圍內頻繁發生[4]。其中，中蒙邊境地區則是發生草原火災極為頻繁的區域。再加之研究區的春秋兩季降水量少、天氣干燥、大風日多，加之大部分草原人煙稀少，交通不便，因此在關于用火管理方面難度較大，草原火災時有發生，對國家及人民生命財產造成了較為嚴重的損失[2]。

草原火災對草原資源危害極為嚴重[5]，過火之處部分植被所剩無幾，植物種類數量以及生物量大減。甚至一些分布區域較窄的物種瀕臨滅絕；由于火災發生區的放牧場或打草場牧草產量劇減，畜牧業生產受到直接影響[6]；火災對脆弱的草原生態系統起到直接作用，容易引起草原生態平衡的破壞。草原火災給國家造成巨大的經濟損失的同時也影響到邊境地區的和諧發展與社會穩定，甚至涉及到國際火情的防治問題。目前，隨著空間統計學和地理信息技術的迅速發展，諸多國內外研究者對草原火行為時空分布特征進行了深入的探索與研究。因此，研究中蒙邊境地區草原火時空變異特征是具有重要的科學意義以及為兩國對草原火災風險預測和防治提供有效的科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于44.70°～ 48.04°N，114.41°～ 119.98°E之間。總面積為 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，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大，夏季雨熱同期[7]。

研究區的草原區面積廣大、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、日照強[8]等氣候自然條件為草原火災頻繁發生具備了客觀條件。成為蒙古高原草原火災情況最為嚴重的地區之一。

圖1　研究區示意圖

1.2數據來源

所利用的產品數據是從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)的火燒跡地面積產品MCD45A，此數據是MODIS陸地產品5系列中的一款，以 500 m 分辨率的月產品形式發布[9-10]。本產品使用的月數據是由Terra和Aqua兩個衛星平臺聯合搭載的和日地表反射率的時間序列產生的數據[11]，因此對火燒跡地的全局映射是特別發達的[12]。MCD45A數據提供給用戶各種質量評估信息和每個像素的質量評估得分，能夠預計研究區內總過火面積。對于大多數用戶來說與其有關的數據是火燒跡地的位置和燃燒的日期。

1.3研究方法

結合采用傳統的統計方法和GIS空間分析方法進行了數據分析。用MRT(MODIS Reprojection Tool)工具拼接得到過火跡地數據。將15年的MCD45A火燒跡地數據利用Arcgis軟件中的Arctoolbox進行裁剪和投影轉換處理。利用研究區的矢量獲取整個研究區的過火面積與頻次數據。

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。用統計方法統計出2000-2014共15年的MCD45A火燒跡地面積、火燒發生頻率等數據。由面積和頻次數據獲得研究區的火燒跡地分布特征、火災發生次數和過火面積的年際和年內變化等信息。通過分析上述數據獲得中蒙邊境地區的草原火時空分布特征。

2結果與分析

2.1中蒙邊境地區過火跡地的空間分布特征

中蒙邊境地區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內的蒙古國境內，而小面積的分布在中國境內的東烏珠穆沁旗。然而近15年來，整個研究區總過火跡地面積為8.09×103km2,其中蒙古國境內的過火跡地面積76.8×102km2，占總過火面積的95%；中國境內的過火跡地為408.742km2，占總過火面積的5%。從上述可知蒙古國境內的過火跡地面積是決定整個研究區過火面積的直接原因。東烏珠穆沁旗的過火跡地頻繁出現在與蒙古國交界的北部地區，是沿著兩國邊境線蔓延著。這可能是由蒙古國越境火災引起東烏珠穆沁旗北方出現過火跡地，說明蒙古國越境火災的風險比較大。

依據15年內的過火頻次空間分布特征圖，可將研究區的過火頻次劃分出4個梯度區:①過火頻次最高的地區，主要分布在蒙古國境內的哈拉哈郭勒、馬塔德與哈拉哈郭勒的邊境上，過火頻次達到15年內同一個像元上發生7次，但分布面積較小；②過火頻次較高的地區，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以及少量的分布在額爾德尼查干，頻次可達到5～6次；③過火頻次相對較低的地區，主要散布在蒙古國境內的三個蘇木中，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，越境火災的可能性很大，其頻次為3～4次;④過火頻次最低的地區則散布在整個研究區中，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的過火面積是最小的，其頻次為1～2次。

2.2中蒙邊境地區過火跡地的時間分布特征

2.2.1中蒙邊境地區過火跡地的年際變化

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

圖2　2000-2014年研究區過火跡地及過火頻次空間分布

圖3　2000-2014年中蒙邊境地區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。對上數據的分析來看，中蒙邊境地區的過火跡地面積的年際變化看似隨機性，但大體呈現出2000-2008年減少趨勢，2008-2014年增加趨勢的規律性。

中國境內與蒙古國境內的過火跡地的面積差異大。并且每年的蒙古國境內的過火跡地面積占研究區總過火跡地面積的90%以上，甚至是有些年達到了99%。因此，蒙古國境內的火燒對于整個研究區火燒起著決定性的作用。由每個區域的過火面積年際變化趨勢可看出研究區內的蒙古國境內的過火跡地面積越大的年份中國境內的過火面積也相比其余年的要大，所以更能進一步說明蒙古國越境火災的可能。

2.2.2中蒙邊境地區過火跡地面積旬變化

圖4所示為2000-2014年的研究區內各區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生火災頻繁的季節。第24旬與27旬的過火跡地面積也相對較大，特別是第27旬達到1.128×103km2。這說明，研究區的秋季的火燒也是相當大的。從研究區內的蒙古國與東烏珠穆沁旗的旬過火面積差異來看，蒙古國境內的旬過火跡地面積是導致整個研究區過火的直接原因，即各旬過火跡地面積遠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到70.87 km2和623.33 km2，表明秋冬季為東烏珠穆沁旗發生火災最為頻繁的季節。

圖4　2000-2014年中蒙邊境地區旬過火跡地面積變化趨勢

3結論

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

(1)中蒙邊境地區草原火空間分布具有明顯的規律性，無論是過火跡地的分布或頻次，都主要集中分布在研究區中的蒙古國境內，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，過火頻次達到15年內同一個像元上發生7次。而中國的東烏珠穆沁旗境內卻沒有該現象。

(2)從過火跡地的年際變化看出，2000-2014年間整個研究區呈現出2000-2008年減少趨勢，而2008-2014年具有增加趨勢。兩個不同境內的區域對比分析結果表明，蒙古國的過火跡地面積遠大于東烏珠穆沁旗，研究區總過火面積的95%分布在蒙古國境內，是決定研究區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大于其他季節。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過火跡地面積大于春季。因此草原火集中在降水較少、風速較大的春，秋兩季[13]。

(3)從研究區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，導致東烏珠穆沁旗與蒙古國交界的北部邊境地區發生火災較多的原因是蒙古國不容忽視的越境火災[14]。

參考文獻:

[1]劉桂香,蘇和,李石磊,等.內蒙古草原火災概述[J].中國草地,1999(4):76-78.

[2]陳世榮.草原火災遙感監測與預警方法研究[D].北京：中國科學院遙感應用研究所，2006.

[3]雒瑞森.全球火格局的時空變異及其機理分析[D].杭州：浙江大學，2013.

[4]張正祥,張洪巖,李冬雪,等.呼倫貝爾草原人為火空間分布格局[J].生態學報, 2013,33(7):2023-2031.

[5]崔亮,張繼權,包玉龍，等.呼倫貝爾草原火災風險預警研究[J].草業學報,2012, 21(4):282-292.

[6]峰芝,包玉龍,包玉海，等.內蒙古牧區草原火行為時空特征分析[C]∥中國災害防御協會風險分析專業委員會第六屆年會論文集，2014.

[7]寶音.蒙古學百科全書(地理)[M].呼和浩特：內蒙古人民出版社,2011:180-376.

[8]烏云德吉,包玉海,包玉龍,等.東烏珠穆沁草原火源指數遙感分析[C] ∥中國災害防御協會風險分析專業委員會第六屆年會論文集，2014.

[9]張海軍,齊曙光.基于MODIS數據的2002-2012年河南省火災時空特征分析[J]. 河北師范大學學報,2015,39(4):82-88.

[10]Boschetti L, Roy D P, Justice C O, et al. Global assessment of the temporal reporting accuracy and precision of the MODIS burned area product[J]. International Journal of Wild land Fire ,2010,19(6): 705-709.

[11]Fernando M D A , Laerte G.Satellite-based automated burned area detection: A performance assessment of the MODIS MCD45A1 in the Brazilian savanna [J].International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,2015,36: 94-102.

[12]JoséAndrés Moreno Ruiz, JoséRafael García Lázaro, Isabel del águila Cano1and Pedro Hernández Leal. Burned Area Mapping in the North American Boreal Forest Using Terra-MODIS LTDR (2001-2011): A Comparison with the MCD45A1, MCD64A1 and BA GEO-LAND-2 Products[J].Remote Sensing,2014,6:815-840.

[13]曲炤鵬,鄭淑霞,白永飛,等.蒙古高原草原火行為的時空格局與影響因子[J].應用生態學報, 2010,21(4):807-813.

[14]傅澤強.內蒙古干草原火災時空分布動態研究[J].內蒙古氣象,2001(1):28-35.

*收稿日期：2015-12-25修回日期：2016-02-20

基金項目：國家自然科學基金(41561099);內蒙古自治區博士基金(2015BS0505);國家科技支撐計劃課題(2013BAK05B00);國家自然科學基金應急管理項目(61550005)

第一作者簡介：麗娜(1992-)，女，蒙古族，內蒙古通遼人，碩士研究生，主要從事災害監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，主要研究方向是災害與環境風險. E-mail: baoyulong@imnu.edu.cn

中圖分類號：P954 ；X43

文獻標志碼：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. 中蒙邊境地區草原火時空分布特征分析[J].災害學, 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.]