2015—2019年全國衛星林火監測熱點的分析及趨勢

田甜 殷繼艷 賈曉麗

摘要 對2015—2019年全國衛星監測部門發布的相關信息，對18 470個監測熱點，1 160起林火草原火，228起境外火進行統計研究。分析熱點及林草火的季節性變化、地域分布和火源種類繁多等發生特點。結果表明，熱點數和火災數在不同年份之間存在一些差異，呈上下波動狀態;空間分布方面，林草火熱點主要集中在我國中南、西南部和東北部，這與我國實際林草火頻發區基本吻合;區域分布方面，全國熱點及森林火災主要集中在我國西南部和東北部;時間分布方面，南方地區熱點及火災集中在2—4月，東北地區集中在氣候干燥的4、10月。

關鍵詞 遙感圖像;森林火災;衛星林火監測;熱點

中圖分類號 S 762.3+2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）21-0140-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis and Trend of National Satellite Forest Fire Monitoring Hotspots in 2015-2019

TIAN Tian? YIN Ji-yan? JIA Xiao-li2

（1. Ministry of Emergency Management North Aviation Forest Station，Harbin， Heilongjiang 150027; 2.China Fire and Rescue Institute， Beijing 102202）

Abstract 18 470 monitoring hotspots， 1 160 forest and grassland fires， and 228 foreign fires released by satellite monitoring departments in China from 2015 to 2019 were statistically studied. The characteristics of seasonal variation， regional distribution and fire source variety of hot spots and forest and grass fires were analyzed. The study showed that there were some differences between the hot spot number and the fire number in different years，and they fluctuated up and down;in terms of spatial distribution， the hot spots of forest and grass fires in recent five years were mainly concentrated in the central south， southwest and northeast of China， which was basically consistent with the actual frequent forest and grass fires in China;in terms of regional distribution， hot spots and forest fires were mainly concentrated in the southwest and northeast of China;in terms of time distribution， hot spots and fires in southern China were concentrated in February-April.In Northeast China， fires were concentrated in April and October when the climate is dry. The hot spots and forest fires of characteristics and trends in recent five years were summarized， which can provide reliable basis for forest fire management in China under the new situation.

Key words Remote sensing image;Forest fire;Satellite forest fire monitoring;Hotspot

基金項目 國家重點研發計劃項目“森林和草原自然火災全天候災情監測預警與處置裝置”（2020YFC1511604）。

作者簡介 田甜（1990—），女，黑龍江牡丹江人，助理工程師，碩士，從事森林防火及衛星林火監測研究。*通信作者，副教授，博士，從事森林防滅火研究。

收稿日期 2021-03-11

在諸多自然災害中，森林火災屬于突發性強、威力及破壞力大的災害。一旦發生森林火災，就會給生態環境及人民財產安全帶來重大危害和嚴重損失[1]。我國國土面積大，森林和草原分布廣闊，森林植被分布不均，導致我國總體森林面積不高[2]，林火監測工作一直是森林草原防火工作的重要組成部分。對于面積范圍大、區域廣的林區，依靠地面上的人力瞭望以及巡視、視頻設備或熱紅外系統監控、固定翼或直升機的飛機巡護等監測方式，不僅費用昂貴，且工作及操作煩瑣復雜，尤其對于偏遠的林區或部分森林盲區監測力度不夠、精度不高，且工作效率低[3]。

運用衛星遙感技術獲得遙感影像，并對影像進行火災的風險預警和監測，具有實時性強、監測范圍廣、經濟適用等特點[4-5]，同時在時間、空間分辨率方面以及宏觀層面上都具有一定的優勢，為我國森林火災的預防和撲救提供了動態數據和決策參考[6]。目前，衛星遙感影像技術已經成為全球各國在森林火災預警與監測方面必不可少的重要方法。正因如此，我國設立了專門負責林火監測行業的管理部門，分別為應急管理部森林防火預警監測信息中心（原國家林業局監測中心）、西南衛星林火監測分中心、東北衛星林火監測分中心和西北衛星林火監測分中心，由1個中心3個分中心共同承擔。同時研發和設計出一整套適用于全國監測火災的技術處理系統，主要利用衛星遙感技術，結合全國的地理信息，對我國31省區及直轄市的地面熱點進行宏觀的林火監測，并對監測到的熱點進行核查確認。

我國自1993年開展衛星林火監測工作以來，預警及監測效果很好。近30年來，衛星林火監測已監測到重大、特大森林火災百余起，在一些偏遠地區、重點林區以及林業資源豐富的原始林區，監測效果極其顯著，衛星監測手段不僅擴大了森林火災的監測范圍，還對于觀測地面盲區起到很大作用。運用衛星林火監測技術，能及時準確地監測森林火災，實時跟蹤監測火災發展態勢，做到提前發現熱源，為實現“打早、打小、打了”的目標作出重要貢獻。該研究的衛星監測數據主要來源于監測中心及3個分中心日常工作所發布、統計的圖像與熱點信息。星源主要有兩大類，分別為FY-3系列的FY-3A、FY-3B、FY-3C，以及NOAA系列的NOAA-18、NOAA-19，同一監測區域全天可被覆蓋、掃描10余次。這些衛星的分辨率約為1.1 km，火點的燃燒范圍與熱輻射量達到一定規模才可被監測到和識別出來。對于森林覆蓋面積較大的林區、人煙稀少的原始林區或高山林區及與鄰國接壤的邊境地帶有較好的監測效果。監測部門每年發布圖像約11 000幅，包括公眾圖像（無熱點）與原始圖像（有熱點）。監測熱點反饋結果包括林草火、境外火、計劃燒除、農用火等情況。為了更有效地開展我國林火監測業務，為預防森林火災提供決策依據，該研究利用2015—2019年全國監測熱點數、林火草原火及境外火數據進行比對和分析。

1 主要林火監測遙感衛星

目前，衛星林火監測工作（監測中心及3個分中心）所使用的遙感衛星主要是風云三號氣象衛星、高分四號救災衛星以及美國國家海洋大氣局的NOAA氣象衛星。

1.1 風云三號（FY-3）極軌氣象衛星

FY-3衛星是我國為了滿足中國天氣預報、氣候預測和環境監測等適應監測大范圍自然災害和生態環境需求而研發的第二代極軌氣象衛星。該衛星共搭載有10余種觀測設備和儀器，具有監測范圍視野廣、觀測頻次密、對地面高溫熱源敏感等多方面特點，使用這種人機交互方法可以較容易地準確識別火點[7]，空間分辨率為1.1 km。由于風云三號衛星可實現對整個地球全天候組網觀測，即FY-3A和FY-3C屬于上午觀測衛星，FY-3B和FY-3D屬于下午觀測衛星，因此每日可對同一空間區域進行多次掃描，當天可多次獲得全球的觀測資料。

1.2 高分四號（GF4）靜止軌道衛星

GF4衛星于2015年12月發射并成功入軌[8]，它的主要載荷裝置是一臺50 m的高分辨率凝視相機。利用它的中波段紅外通道特點，即重復觀測時間間隔短（1 s），較大程度地提升了對我國各地區及邊境區域的觀測時效[9]。運用于我國森林火災預警工作方面，一是可以對全國范圍內森林及植被進行連續監測，可根據遙感圖像對其進行森林火災風險評估;二是可以獲得一些植被的有效信息，如森林可燃物長勢、濕度等。目前，高分四號衛星圖像只用于監測我國重大森林火災，統一由監測中心接收并發布GF4圖像。

1.3 美國NOAA衛星

NOAA是來源于美國國家大氣海洋局衛星，其衛星上搭載著擁有先進技術的高分辨率輻射載荷數據。其獲取并提供的影像可覆蓋整個地球范圍，屬于中分辨率圖像，一直應用于火災監測方面[10]。雖然，該氣象衛星星下點分辨率只有1.1 km，相對較低，但它對溫度指標很敏感，分辨能力頗強，能識別0.1 hm2的熱點[11]。特別在24 h內可重復觀察同一地區4次，由于美國NOAA衛星具有時效性強、經濟成本低的優勢，在資源衛星中占有重要地位。

2 2015—2019年全國衛星林火監測數據現狀及分析

2.1 全國31省區監測熱點情況

對2015—2019年全國監測熱點數量比較，可以看出在2015年出現峰值，2017年出現低谷，2016、2017、2018、2019年熱點數基本保持平穩，整體呈下降趨勢（圖1）。

從全國31省區熱點統計（表1）可以看出，2015—2019年各省區熱點統計數據，位列前4名的省區分別是廣東、云南、江西、廣西，熱點總數后3名為青海、天津、上海，其中上海市熱點數均為0，從未監測到熱點情況。

2.2 全國林火草原火情況及分析

針對監測部門發布的所有熱點信息數據，31省區及地方防火部門都需要對其進行熱點反饋，監測部門最關注的反饋為林火草原火的熱點。由表2可知，2015—2019年全國范圍內反饋為林草火災的共計1 160起，2015年280起，占熱點總數的4.8%;2016年155起，占4.8%;2017年176起，占6.5%;2018年229起，占6.7%;2019年320起，占9.6%。可以看出林草火比例呈逐年遞增趨勢，2019年占比接近10%。

2.3 全國境外火數據情況

境外火是國外入侵我國境內的火災，由表3可知，我國2015—2019年境外火情況控制較好，境外火占當年熱點總數的比例分別為1.8%、1.1%、1.1%、0.8%、1.0%。發生境外火的省區有8個，其中西藏和內蒙古火災數量多且形勢嚴峻，5年累計火災比例高達41.7%和34.6%，二者已占到全部境外火的75%以上;黑龍江13.2%，吉林4.8%，位居境外火數量的第3、4位;云南、新疆、廣西以及遼寧4省境外火發生次數較少。