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东北地区火险时空特征分析.rar

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    东北地区 火险 时空 特征 分析
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    编号:09009210328南阳师范学院 2013 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 东北地区火险时空特征分析 完 成 人: 韦原原 班 级: 2009—03 学 制: 4 年 专 业: 地理信息系统 指导教师: 张海军 完成日期: 2013-04-12 目录摘要 .........................................................................................................................................(1)1 研究区概况 .....................................................................................................................(1)2 研究意义及方法 ..........................................................................................................(1)3 东北地区火灾时空分异 ..........................................................................................(2)3.1 东北地区林火基本情况 ..........................................................................................(2)3.2 森林火灾发生的时间变化规律 ............................................................................(3)3.2.1 森林火灾年际变化特征 .............................................................................(3)3.2.2 森林火灾的季节变化特征 .........................................................................(4)3.3 森林火灾发生的空间变化规律 ............................................................................(5)3.3.1 林火与行政区划 ...........................................................................................(5)3.3.2 林火与地形 ....................................................................................................(6)3.3.3 林火与土地覆盖 ...........................................................................................(7)3.3.4 林火与 NDVI...................................................................................................(9)3.3.5 林火与人类活动 .........................................................................................(10)4 东北地区森林火灾的时空综合特征 ..........................................................(11)5 结论 ...............................................................................................................................(12)参考文献 ................................................................................................................................(13)Abstract...................................................................................................................................(13)第 0 页 共 14 页东北地区火险时空特征分析作 者:韦原原指导教师:张海军摘要:火灾作为一种自然灾害,对生态系统和森林减少有显著的影响,而且它是微量气体、气溶胶和碳通量的一个主要来源。对森林火险的时空特征分析是总结森林火灾发生规律,进一步进行林火预测的前提。本文利用 GIS 的方法对我国东北地区 2000-2009 年林火火点数据进行处理,分析林火的时间分布规律,探索林火的空间分布与地形、土地覆盖、NDVI 等自然地理要素之间的关系以及林火与各种人类活动的关系,进而分析东北地区 10 年林火的时空变化规律。关键词:东北地区;森林火险;时空分布1 研究区概况我国东北地区包括东北三省和内蒙古东部,这里是我国森林面积最大的区域。大、小兴安岭和长白山呈马蹄形环绕在广阔富饶的东北大平原的西、北、东部,南临黄、渤海;地处温带,气候温和湿润,发育着黑龙江、乌苏里江、松花江、辽河、鸭绿江等水系,资源丰富。虽然地理条件复杂,但其内部具有相对一致性和相似性,而与周围地区又具有一定的独特性和差异性,因而东北区形成了一个完整的自然地理区域 [1]。该区山地海拔 300 - 1600 米,平原地区海拔 35 - 200 米。本区植被按区系组成,大致可分为三大部分,即达乌里区系、长白区系和蒙古区系。它们分别和寒温带针叶林、温带针阔叶混交林和温带草原三种植被类型相适应。在现阶段的地形、气候等因素影响下,东北植被的区域分异也相当明显。山地形成森林植被,平原出现森林草原和草原植被。区内有较大面积的森林土壤、草原土壤和森林草原土壤,属地带性土壤,同时存在着大面积的非地带性土壤。地带性植被属寒温带针叶林和温带针阔混交林。森林主要分布在大兴安岭、小兴安岭和东部长白山山地三大林区,松嫩平原和三江平原和辽河平原是少林地区,天然林多、人工林少 [2]。第 1 页 共 14 页2 研究意义及方法森林在陆地自然生态系统中扮演重要角色,它在整个自然界的动态平衡中具有关键的作用 [3]。近几十年来,由于全球气候变化,世界范围的人口膨胀,工业化进程加快,森林中人类的活动影响加剧,森林火灾发生的危险性提高,森林资源的持续稳定发展是世界各国关注的焦点,防御和控制森林火灾也受到各国的普遍重视。东北地区分布有我国最为重要的林区,也是森林火灾的重灾区,森林防火工作一直是生产安全工作的重中之重。而森林火灾的发生有很深的自然因素和社会因素,火灾事件的发生与多种因子相关,如气象、地形、植被、人的作用等,是一个复杂的相互作用过程 [4]。了解该区林火的时间特征,分析林火发生的空间演化规律、林火与各种社会地理因素之间的潜在关系,并探索林火的时空综合分布规律。不仅可为该区森林火险的预报预测和区划的研究提供理论基础,也可为科学有效地开展森林防火工作提供参考。本文主要利用 GIS 统计方法,分析东北地区 10 年来森林火灾发生的时间变化规律。通过一系列 GIS 空间分析方法,利用ArcGIS9.3、Excel、SPSS 等一系列软件,探索林火与地形、NDVI、土地覆盖、行政区以及人类活动等自然地理和这会经济因子之间的关系,并用适合的图、表等方式进行空间可视化。利用核密度分析得到十年中每个年份的火点密度分布图,分析在时间变化情况下林火的空间变化规律。3 东北地区火灾时空分异3.1 东北地区林火基本情况东北地区的森林是我国有代表性的寒温带森林,代表牲的植被类型主要有杜鹃兴安落叶松林、杜香兴安落叶松林、越橘兴安落叶松林、草类兴安落叶松林、樟子松林、兴安落叶松桦林和白桦林等。其中位于祖国最北部大兴安岭林区,有林地面积 657.8 万公顷,森林覆被率 78.94%,是国家重点国有林区和天然林资源主要分布区,也是森林火灾多发区。1987 年“5•6”火灾后 22 年的时间,大兴安第 2 页 共 14 页岭累计发生重特大森林火灾 20 余起,造成了惨重的经济损失、大量的资源消耗和较大的政治影响,已经成为必须积极面对和着力解决的严峻现实课题 [5]。经过 40 多年的开发建设,东北地区森林质量明显下降,林内杂草、灌木丛生,枯枝落叶等腐殖层增厚,可燃物载量平均每公顷达30-50 吨,林分密度小,林内可燃物含水率极低,加之以落叶松、樟子松和桦树为主的易燃树种占 96%以上,极易发生较大森林火灾。此外,北部干冷的气候条件及大风使东北地区森林火灾频繁发生。而且受全球灾害性天气影响,森林、沼泽含水率大幅下降。近年来,东北地区各地对林区切实加大了火烧迹地清理力度,但仍有大面积区域没有清理,火烧迹地内存在着大量的烧死木,且灌木杂草丛生,一旦发生火灾,极易蔓延,扑救相当困难 [6]。3.2 森林火灾发生的时间变化规律3.2.1 森林火灾年际变化特征在一定的地理区域内,在气候变化的影响下,林火发生情况随时间变化呈一定规律。我国森林火灾年际变化大约有 5-6 年和 10 年的准周期。绝大部分省(区)的火灾季节为 11 月份至翌年 4 月份,在火灾的年际变化过程中可能存在重灾年份(或重灾时段) [7]。通过对东北地区十年来火点数据的计算得到每年火灾的过火面积(图 1) 。东北地区林火年际变化主要有以下几方面特征:(1)东北地区每年都有火灾发生,这主要由东北地区特殊的自然地理环境所决定的,东北地区森林覆盖率较高,其植被种类复杂多样,人类活动频繁。诸多因素导致火灾多发。第 3 页 共 14 页图 1 2000—2009 年各年过火面积统计图(2)森林火灾发生次数年际间波动较大,2000—2009 年间,2003 年火灾面积最大,为 11850 ,其次为 2001 年。2003 年以后2km基本没有出现过火面积特别大的年份,且火灾面积逐渐趋于稳定。具体来讲,在大部分年份中,东北林火的过火面积都维持在 2000以下,但是个别年份火灾面积远远高于正常数量,如 2003 年和2km2001 年,林火发生比较频繁,然而在 2002 年,火点数只有 57 个。(3)在 2003 年之后 6 年内,虽然火灾面积稍有波动且基本上未发生过大面积特大火灾,但是火灾面积总体呈逐步上升趋势,火灾总面积也不容小觑。3.2.2 森林火灾的季节变化特征利用 GIS 的方法对十年林火火点按照月份进行汇总统计,得到图2 所示的火点季节分布图。图 2 2000—2009 年火点季节分布图可以看出,东北林火主要集中于 3—4 月之间,主要原因在于东北地区春季降水较少,气温升高导致地面温度上升。此外,在 8—9月份火点数再次上升。可见东北地区火点数的季节分布大致集中于春秋两季,冬夏发火较少。表明林火的发生与气候存在很大的相关性。主要表现在火点数和降雨量呈负相关,和地表温度呈正相关,并受到二者综合影响。气候背景是决定这一地区森林火灾季节变化发生的重要因素。大多数年份,黑龙江省入春以后,大部分地区天干物燥、高温风大,森林火险等级居高不下,春季火险季节长达 3-4 个月之久;而夏季为雨季,除非干旱,一般不发生森林火灾;秋季火险季节短,只有第 4 页 共 14 页1~2 个月,此时是林区草木变黄季节,在特定的气象条件下,林火蔓延迅速,也可能引起大的森林火灾;冬季黑龙江林区冰雪覆盖,发生森林火灾的可能极少;春季气温回升,农事活动频繁,增加了引发林区森林火灾的可能性。各气象要素之间是相互联系和影响的,它对火灾的影响也是综合性的,不能用单一气象要素去研究火灾,在实践中预测火险等级时应考虑各要素的综合影响。3.3 森林火灾发生的空间变化规律3.3.1 林火与行政区划研究林火与行政区的关系便于在防灾、救灾等工作中以政区为单位进行合理规划并对物资、人员等进行合理配置。通过一些列分析,并利用 GIS 的空间可视化功能,得到东北地区十年来火灾火点位置的行政区分布,如图 3 所示。图 3 东北地区十年林火火点分布及各行政区内火点密度分布图第 5 页 共 14 页图 4 各地区十年来火点总数统计图由上图可以看出:(1)火灾空间分布不均衡。主要分布于北纬 45 度以北地市(图 3) ,其中黑河、海拉尔和塔河分布最多(图 4) ,分别占十年火点总数的 27%、25%和 21%。而这三个地区恰恰又是东北地区最靠北的三个市。(2)各市火点密度分布不均衡。首先计算得到各地市的十年火点分布密度,计算公式为:(1)SNii10式中,N 各市表示每年火点数目,S 表示各地市辖区面积, 表示各地市火点密度。分析发现以黑河市、塔河市和大庆市的平均火点密度最高,海拉尔市由于面积较大,其火点平均密度下降(图 3) 。总体来说,东北地区北部地市火点密度总体大于南部地市。(3)各行政区边界火灾多发。十年来火灾火点主要集中分布于各地市交界地区附近(图 3) 。可能由于政区分界线与地形之间的某种关联导致这种情况的发生,例如地形区的分界线往往作为政区分界线,而这些地方多是山川丘陵地带,关于林火与地形之间的关系,下文在探讨林火的空间分布特征时将做更为详细的探讨。3.3.2 林火与地形主要地形因子包括高程、坡度、坡向以及坡度变率等,所有发生于地表的空间现象几乎都要受到地形的影响,因此,探讨林火与地形之间的关系,是深刻了解森林火灾的空间分布特征所必不可少的内容。本文主要采用 ArcGIS 空间分析功能对数据进行分析,并通过空间数据可视化得到图 5 和图 6。(1)林火与高程之间的关系第 6 页 共 14 页图 5 东北地区十年火点高程分布透视及统计图表一 东北地区十年林火火点数目在不同高程区间分布表海拔(米) 0-250 250-500 500-750 750-1000 1000-1892火点数(个)4792 12580 2430 1312 796结合图 5 和表一,从地貌上看,十年来火点主要集中分布于小兴安岭山区、松嫩平原以及三江平原地区。从高程上看,火点分布主要集中于海拔高度为 300 米到 600 米之间的高程区间。海拔 500 米以上,随高程的增加火点数目逐渐减少。因此对于森林防火要格外注意海拔 300 米至 600 米之间的区域。(2)林火与坡度之间的关系图 6 东北地区十年火点坡度分布透视及统计图总体上,随着地形坡度的增加,火点数目逐渐减少,二者呈负相关。这表明,地形越平坦的地方火点数最多,也最容易发生火灾。十年来所有火点分布地区最大坡度不超过 9 度,而均值大约只有1 度。这表明所有发生过火灾的区域地形总体是比较平坦的,也表明地形对火灾发生的影响较大。3.3.3 林火与土地覆盖土地覆盖是自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体,包括地表植被、土壤、湖泊、沼泽湿地及各种建筑物,具有特第 7 页 共 14 页定的时间和空间属性,其形态和状态可在多种时空尺度上变化 [8]。土地覆盖是随遥感技术发展而出现的一个新概念,其研究的角度侧重于土地的自然属性,对地表覆盖物进行分类。如对林地的划分,根据林地生态环境的不同,将林地分为针叶林地、阔叶林地、针阔混交林地等,以反映林地所处的生境、分布特征及其地带性分布规律和垂直差异 [9]。因此,土地覆盖与林火的关系十分密切。具体分析主要基于表二和图 7 来进行。这两个图表是首先利用 ArcGIS 对土地覆盖和火点数据进行综合分析后,再对处理结果进行总结得到。表二 东北地区各种土地覆盖类型及其面积东北地区土地覆盖类型 面积( )2km落叶阔叶林 Tree Cover, broadleaved, deciduous, closed 321193.66常绿针叶林 Tree Cover, needle-leaved, evergreen 15487.74落叶针叶林 Tree Cover, needle-leaved, deciduous 134340.6混合叶型林木覆盖区 Tree Cover, mixed leaf type 10213.36树木 /其他自然植被混合区 Mosaic: Tree Cover / Other natural vegetation 651.88曾发生火灾的林木覆盖区 Tree Cover, burnt 466.12常绿灌丛 Shrub Cover, closed-open, evergreen 40942.88落叶灌丛 Shrub Cover, closed-open, deciduous 5267.5草地 Herbaceous Cover, closed-open 243921.8稀疏的草本或稀疏的灌木覆盖 Sparse herbaceous or sparse shrub cover 77322.6定期灌溉的灌丛或草地 Regularly flooded shrub and/or herbaceous cover 18281.88种植区和人工管理区 Cultivated and managed areas 436744.98农田/树木/其他植被覆盖混合区 Mosaic: Cropland / Tree Cover / Other natural vegetation 5127.32农田 /灌木 /草地混合区 Mosaic: Cropland / Shrub and/or grass cover 23833.18裸地 Bare Areas 6098.26水体 Water Bodies 11836.18冰雪地面 Snow and Ice 8.6人工地表及相关区域 Artificial surfaces and associated areas 420.54
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