基于NOAA數(shù)據(jù)的近11 a貴州野火時空分布特征分析

田鵬舉，黃林峰，李慧璇，楊 娟,陳 娟

(1.貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽 550002；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，作為連接土壤、大氣和水分的紐帶，是生態(tài)平衡的支柱。野火是指一切發(fā)生在自然生態(tài)系統(tǒng)中的火[1],是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要干擾因子，影響生態(tài)系統(tǒng)的演替和更新，在貴州野火對植被，特別對森林的毀壞是致命的，尤其在石漠化區(qū)域被毀壞森林很難再恢復(fù)。近年來貴州省政府堅(jiān)持發(fā)展和生態(tài)兩條底線，十分重視生態(tài)文明建設(shè)工作，截止2017年底全省森林覆蓋率達(dá)到了55.3%。

及時發(fā)現(xiàn)并撲滅野火對森林資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，衛(wèi)星遙感監(jiān)測火點(diǎn)具有覆蓋范圍廣、時效性強(qiáng)、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠宏觀、及時地監(jiān)測野火的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r，為防火及撲救提供及時監(jiān)測信息。20世紀(jì)70年代末國際上提出利用衛(wèi)星監(jiān)測火災(zāi)，Kaufman[2]1998年提出絕對火點(diǎn)的檢測算法并用于全球范圍的火點(diǎn)監(jiān)測。國內(nèi)也有大量學(xué)者對于MODIS、NOAA衛(wèi)星監(jiān)測地表野火的方法和個例進(jìn)行了研究[3-11]，省內(nèi)徐盛基[12]應(yīng)用衛(wèi)星林火監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了2005—2010年貴州森林火災(zāi)動態(tài)變化趨勢，黃紅[13]利用1991—2006年貴州省森林火災(zāi)報(bào)表,分析了貴州省森林火災(zāi)的時空分布特征。近年來貴州省利用建立的衛(wèi)星遙感接收處理系統(tǒng)，對貴州省的野火進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。本文根據(jù)近十多年NOAA系列衛(wèi)星監(jiān)測到的火點(diǎn)情況，分析了貴州省野火發(fā)生的時空分布特征。

2 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

貴州省地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔1 100 m左右。地貌以山地和丘陵為主，占全省面積92.5%。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，東半部在全年濕潤的東南季風(fēng)區(qū)內(nèi)，西半部處于無明顯的干濕季之分的東南季風(fēng)向干濕明顯的西南季風(fēng)區(qū)的過渡地帶。貴州森林覆蓋率從1998年的30.83%增加到目前的55.3%，其自然植被通常分為闊葉林、針葉林、灌叢及灌草叢、沼澤植被及水生植被、竹林等5種。

2.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

NOAA系列衛(wèi)星攜帶的AVHRR掃描輻射計(jì)第3通道對高溫?zé)嵩捶浅Ｃ舾校窍曼c(diǎn)分辨率約1 km2，可用來進(jìn)行森林火災(zāi)監(jiān)測。研究中的衛(wèi)星遙感資料均來自貴州省氣候中心遙感應(yīng)用科2007—2017年的衛(wèi)星遙感火險(xiǎn)監(jiān)測報(bào)告。

采用統(tǒng)計(jì)圖表，按月、季、年統(tǒng)計(jì)分析了貴州省野火在不同時間尺度上的分布規(guī)律。在ArcGIS平臺，利用其Analysis tools和Spatial Analyst Tools等工具，并結(jié)合1∶25萬土地利用數(shù)據(jù)，按行政區(qū)和土地利用類型分析了貴州省野外火災(zāi)發(fā)生的空間分布特征。

3 貴州野火時空分布特征

經(jīng)過對衛(wèi)星遙感火險(xiǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得出貴州省2007—2017年各月、季、年的野火的發(fā)生頻次，得出野火發(fā)生的月、季、年變化規(guī)律。

3.1 時間分布規(guī)律特征

3.1.1 月變化 由表1可見：2007—2017年這11 a中，月的野火發(fā)生頻次集中分布在2—5月,其中2009、2010、2014年的野火發(fā)生頻次最高的是2月，2007、2008、2011年最高頻次出現(xiàn)在5月，2012、2015年出現(xiàn)在4月。對11 a各月的野火頻次求平均(圖1)可以看出2、3月份頻次均在220起以上，2月達(dá)到272起為最高，3月為227起；2—5月發(fā)生頻次均在140起以上，這4個月的野火次數(shù)占了全年72.6%；10—12月的頻次較低，在15起以下，其中12月的頻次最低，只有4起。

圖1 2007—2017年野火頻次月變化Fig.1 Monthly variation of wildfire frequency in 2007—2017

年份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2007112124422728612810212033244311200828140451118501357229113410200924563130571851991291071427504201066167496023214611211462623020110802411137832139269675202012002422748503983710320135892016023860000020141212481362181418810500020153279618400000010201600699262132393720173459611718635627101816

3.1.2 季度變化 經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析(圖2)，2007—2017年季度平均遙感監(jiān)測野火頻次春季最高，為529起，占全年的47.9%；冬季298起排第二，占全年的27.0%；秋季最低，為50起。冬春兩季野外植被含水量低，堆積的干草和枯枝較多，氣候干燥、空氣濕度低，再加上貴州春節(jié)、清明祭祖焚燒香紙，燃放煙花鞭炮，極易引起野外火災(zāi)。夏秋兩季貴州雨日數(shù)相對較多，植被含水量高，地表相對濕潤，人們野外用火較少，野火發(fā)生的頻次較低。

圖2 2007—2017年野火頻次季變化Fig.2 Seasonal variation of wildfire frequency in 2007—2017

3.1.3 年度變化 2007—2017年遙感監(jiān)測野火頻次總體呈逐年減少的趨勢(圖3)，每年平均減少194起，年際之間有波動，平均每年監(jiān)測到1 104起。2007—2011年每年監(jiān)測到的野火頻次均在1 100起以上，較高的年份為2010、2008年，其中2010年的3 377起為最高，占11 a來監(jiān)測到的野火總數(shù)的27.8%，2009—2011年貴州省發(fā)生了不同程度的干旱，長時間的高溫少雨導(dǎo)致植被干枯，野外可燃物較多，空氣干燥，致使野外火災(zāi)頻發(fā)。監(jiān)測到的野火頻次較低的年份是2015、2016年，分別為311起和125起。11 a來野火的頻數(shù)呈現(xiàn)明顯的2個階段，2007—2010年處于上升趨勢，2011—2017年呈現(xiàn)減少趨勢。

圖3 2007—2017年野火頻次年變化Fig.3 Annual variation of wildfire frequency in 2007—2017

3.2 空間分布

利用ArcGIS空間分析工具，統(tǒng)計(jì)得到2007—2017年貴州省各市州遙感監(jiān)測野火頻次，由表2可知11 a來黔南州共計(jì)監(jiān)測到野火2 575起，占全省的21.3%，為9個市州中最高；黔西南的監(jiān)測到野火2 384起，占全省的19.7%，為9個市州中排在第二；畢節(jié)監(jiān)測到野火1 970起，占全省的16.3%，排第三；安順、黔東南、六盤水、遵義各占全省的8.7%、8.5%、8.3%、7.9%；貴陽市監(jiān)測到的野火頻次最少，只有548起僅占全省的4.5%。

表2 2007—2017年貴州各市州野火頻次統(tǒng)計(jì)表(起)Tab.2 The statistics of Wildfire frequency in each city and state of GuiZhou from 2007 to 2017

結(jié)合ArcGIS空間分析工具和土地利用類型數(shù)據(jù)，得到在不同土地利用類型區(qū)域監(jiān)測到的野火頻次(圖4)，其中林地監(jiān)測到的森林火災(zāi)占總頻次的50%，耕地區(qū)域監(jiān)測到的野火頻次占28%，草地火災(zāi)占21%，由此可見野外火災(zāi)主要以森林火災(zāi)為主，森林火災(zāi)帶來的生態(tài)破壞和經(jīng)濟(jì)損失也是最為嚴(yán)重的，森林防火是野外防火的核心任務(wù)。

圖4 各土地利用類型野火頻次Fig.4 The wildfire frequencies of each land-use types

4 小結(jié)和討論

經(jīng)過對2007—2017年貴州省衛(wèi)星遙感火險(xiǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得到近11 a來貴州野外火災(zāi)發(fā)生的時空分布的特征：①春季是四季中野火發(fā)生頻次最高的季節(jié)，占了全年的近一半，其次是冬季； 2月份野火發(fā)生頻次最高，其次是3月份，2—5月發(fā)生的野火次數(shù)占了全年72.6%。②近11 a遙感監(jiān)測野火頻次總體呈逐年減少的趨勢，平均每年減少194起，期間呈現(xiàn)分為2個變化階段，2007—2010年處于上升趨勢，2011—2017年呈現(xiàn)減少趨勢。③從空間分布來看，9個市州中發(fā)生野火頻次最高的是黔南，占全省的21.3%，黔西南排第二，占全省的19.7%，其后依次是畢節(jié)、安順、黔東南、六盤水、遵義、銅仁、貴陽；森林火災(zāi)占總野火頻次的一半。

衛(wèi)星遙感監(jiān)測火點(diǎn)具有覆蓋范圍廣、時效性強(qiáng)、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但受到云層的遮擋時無法進(jìn)行監(jiān)測。現(xiàn)有的極軌衛(wèi)星遙感火點(diǎn)監(jiān)測今后結(jié)合靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)，再融合雷達(dá)SAR資料，可以做到對野火的全天候，無死角的實(shí)時監(jiān)測。