新疆阿勒泰地區2002-2018年森林草原火災時空分布研究

王 勁，王秋華，梁 瀛，張文文，龍騰騰，高仲亮，王睿琛

（1． 西南林業大學土木工程學院/云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南 昆明650224；2.新疆林科院森林生態研究所，新疆 烏魯木齊830000）

新疆是我國面積最大的省區，南北相距約1550 km，跨緯度13°45′，東西相距約1950 km，跨經度22°38′，由于幅員遼闊，緯度差異大，導致氣溫差異也大，形成了不同的地帶性植被帶，由此形成了森林草原火災發生的不同時間和空間規律。阿勒泰地區是森林草原火災的多發地和易發區，火災發生次數占新疆維吾爾自治區森林草原火災發生次數的40%左右。因而，以阿勒泰地區重點高危火險區為例，進一步探討阿勒泰地區森林草原火災發生規律與時空分布格局，提出應對的預防與撲救對策。

1 研究地概況

阿勒泰地區深居歐亞大陸腹地，與俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古3 國接壤，東北部依靠阿爾金山，西南側為準格爾盆地，中部有額爾齊斯河穿流而過，介于85°31′36″—91°04′23″E，45°00′00″—49°10′45″N 之間[1]，總面積11.8×104km2。邊境線總長度為1197 km，其中，中哈邊境線長396 km、中俄邊境線長54 km、中蒙邊境線長747 km。阿勒泰地勢自東北向西南呈階梯狀遞減，海拔介于224—4339 m，形成山地、谷地、盆地等折疊地貌類型，其中山地資源約占研究地區的32%，平原占22%，戈壁荒漠占46%。位于中蒙邊境上的友誼峰，主峰海拔4339 m。山地分布在準噶爾盆地東北部和山麓緩坡地帶。平原分布在烏倫古河河谷、額爾齊斯河河谷等河流的中下游。戈壁荒漠分布在福海縣、富蘊縣、哈巴河縣、布爾津縣及吉木乃縣的局部地區。

阿勒泰位居新疆北段，受高緯度季風環流影響，氣候特征為中溫帶大陸性氣候，干燥寒冷，常年處于0.2～4℃平均水平。平原地區年均降水量131～223 mm，年蒸發量1367～2066 mm，全年日照時數在2829～3045 h 之間。阿勒泰地區的林地面積和非林地面積分別是25.8×104hm2、25.46×104 hm2，森林覆蓋率約47%。其中，幼齡林、中齡林、近熟林、成過熟林分別為0.05×104hm2、0.55×104 hm2、1.69×104 hm2和7.02×104hm2[2]。阿勒泰地區主要河流均發源于阿爾泰山地，地區境內有各類冰川400 余條，總面積達到293.2 km2。冰川年儲冰量為164.92×108m3，折合儲水量為148.43×108m3。額爾齊斯河、烏倫古河及吉木乃山溪3 大水系流域面積達到9.57×104km2，河流年平均總徑流量133.7×108m3，其中，地表徑流量為122.5×108m3，占新疆維吾爾自治區地表徑流量的14.7%。阿勒泰地區是全國六大林區之一，同時被國務院確定為水源涵養型山地草原生態功能區。

2 研究方法

2.1 數據收集分析

數據材料收集于新疆阿勒泰地區防火辦公室和檔案資料。統計2002—2018年，新疆阿勒泰地區發生森林草原火災的相關數據，包括火災發生時間、火災發生地點、起火原因、起火時間等因素，對阿勒泰地區森林草原火災發生動態特征進行分析。

運用Excel 軟件，對阿勒泰地區2002—2018年間森林草原火災的時間尺度進行統計。首先對火災發生的年份和月份進行次數統計，分析火災發生的周期規律。其次將一天的24 h 分為24 個時段，每個時段為1h，統計各時間段發生火災的次數，分析一天中發生森林火災的日時規律。根據阿勒泰地區2002-2018 間森林火災發生地的經緯度坐標，結合期間火災發生情況分析，運用ArcGIS 空間分析模塊得出阿勒泰地區森林草原火災空間分布特征。

2.2 數據處理應用

運用Excel 軟件對森林火災時間分布數據進行統計分析，ArcGIS10.3 軟件中的Spatial Analysis 空間分析模塊對森林火災空間數據進行分析。

3 結果與分析

3.1 阿勒泰地區森林草原火災時間分布規律

3.1.1 年份分布規律

2002—2018年以來的17a 間，阿勒泰地區共發生森林草原火災231 起，平均每年發生火災13.6 起。使用快速傅里葉變換（Fast Fourier transform）對火災發生頻次進行功率譜分析，結果顯示在4～5a 周期上火災發生的周期信號最為顯著。

通過特定地區的林火頻率和過火面積，可以推斷出該地區林火狀況的基本指標。17a 間，阿勒泰地區森林草原火災面積總計2057.5 hm2（圖1-a），其中2002年火災面積1836.5 hm2，達到頂峰，占總面積的89.25%，然后趨于穩定。2002年以后，森林草原火災面積顯著降低，平均每年過火面積為13.8 hm2（圖1-b）。

圖1 阿勒泰地區2002-2018年森林草原火災發生情況

2002年阿勒泰地區林草火災面積突增的原因是在當年9月27日，布爾津縣沖乎爾鄉發生一起重大森林火災，主要樹種為灌木草場，過火面積約1800 hm2，持續燃燒9 天9 夜，經濟損失巨大。異常高壓是研究區域降水較少的原因[3]，與厄爾尼諾現象引起的干旱相反，阿勒泰地區的干旱條件與先前的拉尼娜事件顯著相關。

3.1.2 月份分布規律

阿勒泰地區2002-2018年森林火災以月為單位統計，研究其林火季節發生情況（表1）。

表1 阿勒泰地區2002-2018 各縣（市）森林火災按月分布（次）

根據阿勒泰地區防火辦公室2002—2018年森林草原火災統計報表資料表明（表1），火災發生月份是不同的。森林草原火災絕大部分發生在4—9月，17年來在4—9月發生的森林草原火災218 次，占森林草原火災發生總次數的94.37%。這是由于4—9月阿勒泰地區日照時間長，天氣干燥，可燃物含水率低[4]，導致這一段時間內極易發生森林草原火災[5]。重點成災時期是7—8月，持續干旱，森林草原更容易發生火災[6]，占林火發生總次數的45.45%。

阿勒泰地區森林草原火災發生的季節基本是固定的，但有時也提前或推遲。例如在春季干旱少雨、冬季降雪偏少時，則可能提前發生森林火災。例如，2012年阿勒泰地區共發生森林火災17 次，由于該年春季干旱，在4月份(圖2)發生的火災達到9 次。又因夏秋季節連續旱，在深秋時節也可導致森林火災，且往往是發生大面積森林火災。如2002年的“9·27”沖乎爾鄉森林草原火災、2011年的“9·13”禾木森林火災，都是在夏秋連旱時期發生的。

圖2 阿勒泰地區2002-2018年各縣（市）森林火災按月分布

3.1.3 時點分布規律研究

將阿勒泰地區2002—2018年森林火災的數據進行統計，按照24 小時日時點為標準，將記錄到的火災發生時間與發生次數進行統計分析，結果如圖3。圖3 可知，阿勒泰地區的森林火災集中發生在12：00-19：00 之間，這段時間內共發生林火129 起，占森林火災發生總次數的77.7%。其中火災發生次數最多的時間為12 點，共22 起，因為在此時間段氣溫較高，空氣相對濕度低，所以在此時段發生林火的概率也會隨之升高。相對于大部分內陸地區，阿勒泰地區森林火災的集中時間持續的更晚，原因是新疆地區與內地相差兩個時區，19：00 對阿勒泰當地而言是傍晚的17：00，也是一天中較為干燥的時候，容易發生森林草原火災。

圖3 阿勒泰地區2002-2018年各縣（市）森林火災按日時分布

3.2 火災空間分布規律

新疆阿勒泰地區共有7 個縣市，根據阿勒泰地區2002—2018年森林火災的統計數據，按照阿勒泰地區的行政區劃，進行數據分析得出林火的空間分布規律。利用Excel 繪制出圖4-a。利用ArcGIS 軟件繪制出阿勒泰地區各縣市火點分布圖，如圖4-b。

如圖4 所示，阿勒泰地區森林草原火災空間分布是極其不均衡的。2002～2018年統計數據表明，發生火災次數最多的是布爾津縣49 次，其火災次數占總火災次數的21.2%，排第2 的是哈巴河縣46 次；最少的為吉木乃縣4 次，其火災次數僅占1.7%。全地區共發生森林草原火災231 起，其中包括重大森林火災1 起，較大森林火災16 起，一般森林火災112 起。唯一的重大森林火災發生在布爾津縣的沖乎爾鄉。

圖4 2002-2018年阿勒泰地區各縣（市）森林草原火災發生情況

火災面積集中在布爾津縣、阿勒泰市、哈巴河縣和福海縣4 個縣（市），其火災面積占全地區總火災面積的97%。發生森林草原火災次數最多的布爾津縣現有旅游景點30 余處，是中國旅游強縣、自治區全域旅游示范區，人口流動性大。布爾津縣幅員遼闊，林茂草盛，木材蓄積量極高，主要是針闊葉混交林，森林面積共有12.486×104hm2，木材蓄積量2862×104m3。該區域林區偏遠，森林面積大，分布集中，林區人煙稀少但流動人員多，交通不便，一旦發生森林火災，不能得到及時撲救，往往容易釀成大的火災。

3.3 火源分類及分布規律

森林草原火災的起因可大致分為自然因素和人為因素兩種類型，人為因素包括生產性因素和非生產性因素。在人為火源中，生產性火源僅占火源總數的19.5%，絕大部分是非生產性用火。阿勒泰地區能夠引發林火的主要生產性因素包括燒荒燒炭燒雜、修建公路、開礦采煤等，主要原因是農業用火所導致的，這種火災通常發生在農忙季節，在特殊重點時期加強管理可降低此類火因引發的森林火災。研究區非生產性火源主要有吸煙引燃、癡呆兒玩火、燃放鞭炮等，且阿勒泰地區有豐富的草原與旅游資源，導致人為火源多，外來人員用火是引發森林火災的主要原因。2002—2018年各縣（市）火源情況（圖5）表明，人為火源（野外用火、吸煙）占總火災次數的68.8%，天然火源（雷擊火、自燃）占到了總火災次數的26.8%。

圖5 2002-2018年阿勒泰地區火源發生情況

在天然火源中，阿勒泰地區由雷擊火導致的森林火災次數達到60 起，占到天然火源總次數的96.8%。雷擊是重要的自然火源, 在美國、加拿大、俄羅斯等多森林國家雷擊火占所有森林火災的7%-10%[7]。阿爾泰山林區是我國兩大雷擊火的高發區之一，雷擊天氣主要出現在5-9月份，閃電分布密度較高的區域主要在研究區西北部，集中在哈巴河縣、阿勒泰市和布爾津3 個縣北部的阿爾泰山林區1900m 以下的較低海拔區[8]，李忠琦等認為緯度越高的林區雷擊火越多。大部分閃電活動伴隨著降水，但在阿勒泰地區容易出現干雷暴天氣，易引發雷擊火。

從雷擊火時間分布看，7月份占比高達39.13%，8月份占28.26%，6月次之，占21.73%。由于所處高緯度的地理區域和干旱半干旱的氣候特征[9]，加之氣候異常的影響，近年來，雷擊火發生次數明顯增多。撲救困難的原因主要是:原始林區人煙稀少,初發火不易發現,火場偏遠無路,基礎設施條件差，偃松遍布，站桿倒木多，腐殖層厚，到達火場困難，撲救、清理難度大[10]。應積極開展對阿勒泰高緯度地區的雷擊火預警監測，科學劃分防雷區域防范等級，加強林區滅火專業化隊伍建設和基礎設施建設[11]，強化雷擊火撲救工作。

表2，境外火發生在吉木乃縣、哈巴河縣各一起，均由鄰國哈薩克斯坦境外火越過隔離帶而導致的火情。

表2 阿勒泰地區各縣（市）火源情況表（2002-2018年）

4 結論與建議

4.1 結論

2002—2018年火災數據分析表明，阿勒泰地區森林草原火災具有4—5年的周期變化規律，和全國森林火災年際波動變化規律是一致的，這與氣候異常對森林火災的影響有關。對阿勒泰地區2002—2018年17a間發生的231 起森林草原火災進行分析，結果顯示：不同時間尺度下林火的發生也存在顯著的變化規律。在年份尺度下，森林草原火災發生具有4—5 a 周期的波動，這與阿勒泰地區夏季干旱3—4 a 的周期變化[12]相對吻合。雖然火災發生頻率的趨勢變化不明顯，但2002年后，森林草原火災受害面積顯著降低并趨于穩定。森林草原防火工作的不斷加強和持續增加的防火經費投入是阿勒泰地區林草火災受害面積減少的重要原因。

新疆森林草原火主要發生在4—9月，出現了4月和7月2 個高峰。按季節區域分析，森林草原火災由南向北，由平原區到山地。春季4—5月，火災多發生在平原荒漠林（草）區和河谷林區；夏季6—8月，火災由平原及河谷轉入山地；秋季9月份，火災多發生在中山、深山區。由于降水偏少，可燃物干燥，春、夏兩季成為阿勒泰地區森林草原火災的多發季節。在季節尺度變化下，由于阿勒泰地區春、夏季節降水較少且不穩定，風多，蒸發量大，降水多在5 mm 以下，遭受春夏連旱的風險相對較大[13]，因而導致春、夏兩季火災發生次數顯著升高。7—8月份火災次數最多，4月份火災次數次之。而9月份森林草原火災造成的受害面積最大，因而，4月應以監測控制人為火源為主，7月和8月應以監測防控雷擊火為主，9月份應以強化火災撲救為工作重點。

嚴重的干旱會增加可燃物干燥度，提高森林火災頻率和燃燒面積[14]。氣候變暖本身以及與之相關的干旱壓力、極端高溫事件和火災季節長度的增加也會增加火災風險[15]。本研究中，無論是火災頻發年份還是極端干旱年份的巧合性，以及相關分析結果均表明干旱脅迫與阿勒泰地區森林火災的發生具有顯著的相關性，說明研究區夏季火災發生主要與干旱嚴重程度有關。與厄爾尼諾現象引起的干旱相反，阿勒泰地區的干旱條件與先前的拉尼娜事件顯著相關[16]。在年際尺度上，厄爾尼諾事件導致的極端溫暖和干旱的環境，也造成世界許多地區發生更多的野火，而與拉尼娜相關的火災發生在少數地區。

4.2 建議

（1）突出重點，預警監測。阿勒泰地區森林草原火災具有4-5a 周期的波動變化規律。氣候異常導致的干旱嚴重程度與火災的發生存在關聯，且與先前的拉尼娜事件之間有顯著相關。這要求全疆森林草原防火部門，特別是阿勒泰地區利用好現有森林火災預警與撲救指揮系統，與氣象部門密切配合，及時做好火險天氣預報工作，及時發布預警信息，依據不同火險等級的響應機制，采取針對性防火措施。

（2）嚴控火源，預防為主。4月，生產性用火引發森林草原火災比重偏大，要把工作重點放在農牧區生產性用火的有效管理上，加強巡護巡查，對重點區域嚴明責任、落實措施。5月，野外用火不慎導致森林草原火災的事故居多，要嚴防人為火源，深入農牧區廣泛開展防火宣傳，增強群眾的消防安全意識，做到家喻戶曉。要嚴格控制野外用火，減少火災隱患。6－8月，工作重點在以山地森林草原高危火險區為重點的火源監控，特別是雷擊火防范和高效撲救，靠前駐防。建立雷擊火早期預警系統，結合衛星監測、暸望監測、地面巡護和無人機偵察，形成立體瞭望監測網。9月，以監測控制人為火源為主，強化火災撲火工作，做好撲救大火的各項準備工作。

（3）增強阻隔，營建生物防火林帶。充分利用西伯利亞落葉松林的阻火性能，在林緣營造生物防火林帶。在天山林區，針對森林草原鑲嵌分布的特點，在林緣一側開設防火阻隔帶，既能阻止草原火燒入林內，同時又能與公路、河流配合，構成綜合阻隔林網。

（4）技術支撐，裝備提升。充分發揮高新技術裝備在森林草原火災預防與撲救工作中的優勢。水是最有效的滅火劑，應摸清可用水源地，增加以水滅火裝備，發揮以水滅火的效滅火手段，加強空中撲火能力建設，增加直升飛機的數量，開展吊桶滅火工作。積極引進無人機巡查技術、雷電探測技術、視頻監控技術等新裝備、新技術，不斷增加專業隊伍能力建設。