大興安嶺森林火災(zāi)樹(shù)木死亡率建模與預(yù)測(cè)

陳寶麟　戴安然

摘要：大興安嶺北部1987年春發(fā)生嚴(yán)重的森林火災(zāi)，造成了巨大的損失。本文從森林防火決策和森林保險(xiǎn)的角度出發(fā)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，根據(jù)Logistic回歸模型原理，以該場(chǎng)火災(zāi)中的落葉松、樟子松、白樺山楊為研究對(duì)象，建立森林火災(zāi)后樹(shù)木死亡率模型，開(kāi)展森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為未來(lái)森林火災(zāi)防范預(yù)案、經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)以及森林保險(xiǎn)費(fèi)率厘定等提供參考及決策支撐，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Logistic回歸；森林火災(zāi)；樹(shù)木死亡率；大興安嶺

中圖分類(lèi)號(hào)：S762.2 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2017）012-0-02

一、引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)化城鎮(zhèn)化的推進(jìn)、生態(tài)環(huán)境惡化的加劇、自然災(zāi)害損失的增加和融入國(guó)際水平的提高，我國(guó)對(duì)林業(yè)發(fā)展的重視程度空前提高。我國(guó)是一個(gè)森林火災(zāi)多發(fā)國(guó)家，1950～2010年，我國(guó)累計(jì)發(fā)生森林火災(zāi)78.8萬(wàn)次，受害森林面積達(dá)到3801.8萬(wàn)公頃。尤其是1987年發(fā)生的大興安嶺火災(zāi)，過(guò)火面積達(dá)到1.7萬(wàn)平方公里，造成的危害至今仍未徹底消除。

林火發(fā)生具有突發(fā)性、隨機(jī)性和復(fù)雜性，致使林火實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取十分困難，建立的模型預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)精度低，普適性差，與之相應(yīng)的撲救決策缺乏科學(xué)依據(jù)，加上落后的傳統(tǒng)林火數(shù)據(jù)處理手段，不能滿足對(duì)大量帶噪聲數(shù)據(jù)的精細(xì)研究，林火研究的現(xiàn)狀不盡如人意。

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)發(fā)展森林保險(xiǎn)、管理森林災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的迫切需求，本文以大興安嶺北部1987年大火后的樹(shù)木為研究對(duì)象，根據(jù)Logistic回歸模型原理，建立了定量的森林火災(zāi)后樹(shù)木死亡率模型，為森林火險(xiǎn)等級(jí)模型的建立提供數(shù)據(jù)支撐，為未來(lái)森林火災(zāi)防范預(yù)案、經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)、森林保險(xiǎn)保費(fèi)厘定等提供參考及決策支撐，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

二、數(shù)據(jù)收集

1988年火災(zāi)后的主要森林類(lèi)型及所占比重是：落葉松林為70%、白樺林19%、樟子松林8%、山楊2%、河岸楊柳、赤楊林1%。

1.1988～1990年按不同火燒程度（極重度、重度、中度、輕度、極輕度）調(diào)查落葉松林、樟子松林、白樺山楊林等的燒死木情況及其徑級(jí)分布，一般采用30m×30m的樣地分樹(shù)種按死亡、存活逐株記載。共做各種森林類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)地290塊。

2.1989～1990年在不同火燒程度的不同森林群落類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)地中調(diào)查天然更新情況。采用樣方調(diào)查法，每個(gè)樣方的面積2m×2m，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中做樣方20～25個(gè)，記載樣方中的幼苗幼樹(shù)，對(duì)萌芽更新者，記載叢數(shù)與萌條根數(shù)及更新苗與萌生條生長(zhǎng)狀況。2001年8 月以同樣方法對(duì)不同火燒程度的跡地做同樣的更新調(diào)查。

三、模型建立與分析

我們建立了Logistic回歸方程：

其中，P（m）是樹(shù)木死亡率，X1是樹(shù)木胸徑，X2是樹(shù)木燒傷面積比。

記死亡為1，存活為0，利用SPSS軟件，分別對(duì)落葉松、樟子松、白樺山楊進(jìn)行二項(xiàng)Logistic回歸分析。

1.建模結(jié)果

（1）落葉松

即：Logistic回歸方程.

方程表明，胸徑和燒傷面積比對(duì)死亡率的影響都是顯著的，燒傷面積比對(duì)死亡率的影響更顯著。胸徑每增加1cm，死亡率降低22.9%；燒傷面積比每增加1%，死亡率增加5.16%。

（2）樟子松

得到回歸方程

類(lèi)似地，胸徑和燒傷面積比對(duì)死亡率的影響都顯著，胸徑對(duì)死亡率的影響更加顯著。胸徑每增加1cm，死亡率降低27.4%；燒傷面積比每增加1%，死亡率增加10.35%。

（3）白樺山楊

回歸方程為

胸徑和燒傷面積比對(duì)死亡率的影響都是顯著的，相對(duì)而言燒傷面積比對(duì)死亡率的影響更顯著。胸徑每增加1cm，死亡率降低22.6%；燒傷面積比每增加1%，死亡率提高13.14%。

2.模型檢驗(yàn)

（1）落葉松的似然比檢驗(yàn)

三個(gè)Sig值均小于0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)意義。

（2）預(yù)測(cè)正確率

使用Logistic回歸分析得到的方程，其準(zhǔn)確率82.2%，接近85%，說(shuō)明準(zhǔn)確率較高。

同理可得：樟子松、白樺山楊的似然比檢驗(yàn)三個(gè)Sig值均小于0.05，預(yù)測(cè)正確率分別為92.3%、 94.7%，說(shuō)明準(zhǔn)確率非常高。

四、結(jié)語(yǔ)

以上三個(gè)模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率皆在80%以上，其中兩個(gè)高達(dá)90%以上，說(shuō)明預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高。由落葉松、樟子松、白樺山楊建立的火災(zāi)后死亡率模型可知，樹(shù)木胸徑越大，所能承受的燒傷程度也越大。在重度火燒的情況下，落葉松與樟子松胸徑在20cm以上則已很少死亡，而白樺山楊最不耐火燒，應(yīng)加強(qiáng)防范與保護(hù)措施，減少森林火災(zāi)損害。

森林火險(xiǎn)的定量定位評(píng)價(jià)可為林火的預(yù)防、撲救以及防火指揮員進(jìn)行防火規(guī)劃和部署撲火力量、指導(dǎo)森林防火工作提供科學(xué)依據(jù)。林業(yè)產(chǎn)業(yè)人員可據(jù)此對(duì)林場(chǎng)進(jìn)行保護(hù)措施的完善與加強(qiáng)，減少森林火災(zāi)所造成的危害與損失。森林保險(xiǎn)行業(yè)也可采取此模型，估計(jì)森林火災(zāi)后所造成的經(jīng)濟(jì)損失，設(shè)立賠付預(yù)案，從而為建立森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型提供數(shù)據(jù)支撐，提高了我國(guó)在森林火災(zāi)保險(xiǎn)領(lǐng)域的承保風(fēng)險(xiǎn)管理水平，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]Bois C D. Systematic fire protection in the California forests[J].1914.

[2]王強(qiáng)，胡海清.基于嶺回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估測(cè)森林可燃物負(fù)荷量[J].林業(yè)科學(xué)，2012，48（9）：108-114.

[3]楊光，舒立福，邸雪穎.氣候變化影響下大興安嶺地區(qū)21世紀(jì)森林火險(xiǎn)等級(jí)變化預(yù)測(cè)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23（12）：3236-3242.

[4]于成龍.基于GIS和RS森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)的研究研究[D].東北林業(yè)大學(xué)，2007.

[5]鄧歐.黑龍江省森林火災(zāi)時(shí)空模型與火險(xiǎn)區(qū)劃[D].北京林業(yè)大學(xué)，2012.

[6]鄧歐，李亦秋，馮仲科，等.基于空間Logistic的黑龍江省林火風(fēng)險(xiǎn)模型與火險(xiǎn)區(qū)劃[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（8）：200-205.