基于NOAA數據的近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.貴州省生態氣象和衛星遙感中心，貴州 貴陽 550002；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

植被是陸地生態系統的重要組成部分，作為連接土壤、大氣和水分的紐帶，是生態平衡的支柱。野火是指一切發生在自然生態系統中的火[1],是陸地生態系統的重要干擾因子，影響生態系統的演替和更新，在貴州野火對植被，特別對森林的毀壞是致命的，尤其在石漠化區域被毀壞森林很難再恢復。近年來貴州省政府堅持發展和生態兩條底線，十分重視生態文明建設工作，截止2017年底全省森林覆蓋率達到了55.3%。

及時發現并撲滅野火對森林資源和生態環境保護具有重要意義，衛星遙感監測火點具有覆蓋范圍廣、時效性強、分辨率高等優點，能夠宏觀、及時地監測野火的發生發展狀況，為防火及撲救提供及時監測信息。20世紀70年代末國際上提出利用衛星監測火災，Kaufman[2]1998年提出絕對火點的檢測算法并用于全球范圍的火點監測。國內也有大量學者對于MODIS、NOAA衛星監測地表野火的方法和個例進行了研究[3-11]，省內徐盛基[12]應用衛星林火監測數據分析了2005—2010年貴州森林火災動態變化趨勢，黃紅[13]利用1991—2006年貴州省森林火災報表,分析了貴州省森林火災的時空分布特征。近年來貴州省利用建立的衛星遙感接收處理系統，對貴州省的野火進行實時監測。本文根據近十多年NOAA系列衛星監測到的火點情況，分析了貴州省野火發生的時空分布特征。

2 研究區域概況與數據來源

2.1 研究區域概況

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%。屬于亞熱帶季風氣候，東半部在全年濕潤的東南季風區內，西半部處于無明顯的干濕季之分的東南季風向干濕明顯的西南季風區的過渡地帶。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 數據來源與研究方法

NOAA系列衛星攜帶的AVHRR掃描輻射計第3通道對高溫熱源非常敏感，星下點分辨率約1 km2，可用來進行森林火災監測。研究中的衛星遙感資料均來自貴州省氣候中心遙感應用科2007—2017年的衛星遙感火險監測報告。

采用統計圖表，按月、季、年統計分析了貴州省野火在不同時間尺度上的分布規律。在ArcGIS平臺，利用其Analysis tools和Spatial Analyst Tools等工具，并結合1∶25萬土地利用數據，按行政區和土地利用類型分析了貴州省野外火災發生的空間分布特征。

3 貴州野火時空分布特征

經過對衛星遙感火險監測數據的統計分析，得出貴州省2007—2017年各月、季、年的野火的發生頻次，得出野火發生的月、季、年變化規律。

3.1 時間分布規律特征

3.1.1 月變化 由表1可見：2007—2017年這11 a中，月的野火發生頻次集中分布在2—5月,其中2009、2010、2014年的野火發生頻次最高的是2月，2007、2008、2011年最高頻次出現在5月，2012、2015年出現在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月達到272起為最高，3月為227起；2—5月發生頻次均在140起以上，這4個月的野火次數占了全年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 經統計分析(圖2)，2007—2017年季度平均遙感監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、清明祭祖焚燒香紙，燃放煙花鞭炮，極易引起野外火災。夏秋兩季貴州雨日數相對較多，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，平均每年監測到1 104起。2007—2011年每年監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來監測到的野火總數的27.8%，2009—2011年貴州省發生了不同程度的干旱，長時間的高溫少雨導致植被干枯，野外可燃物較多，空氣干燥，致使野外火災頻發。監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來野火的頻數呈現明顯的2個階段，2007—2010年處于上升趨勢，2011—2017年呈現減少趨勢。

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，統計得到2007—2017年貴州省各市州遙感監測野火頻次，由表2可知11 a來黔南州共計監測到野火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；畢節監測到野火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計表(起)Tab.2 The statistics of Wildfire frequency in each city and state of GuiZhou from 2007 to 2017

結合ArcGIS空間分析工具和土地利用類型數據，得到在不同土地利用類型區域監測到的野火頻次(圖4)，其中林地監測到的森林火災占總頻次的50%，耕地區域監測到的野火頻次占28%，草地火災占21%，由此可見野外火災主要以森林火災為主，森林火災帶來的生態破壞和經濟損失也是最為嚴重的，森林防火是野外防火的核心任務。

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

4 小結和討論

經過對2007—2017年貴州省衛星遙感火險監測數據的分析，得到近11 a來貴州野外火災發生的時空分布的特征：①春季是四季中野火發生頻次最高的季節，占了全年的近一半，其次是冬季； 2月份野火發生頻次最高，其次是3月份，2—5月發生的野火次數占了全年72.6%。②近11 a遙感監測野火頻次總體呈逐年減少的趨勢，平均每年減少194起，期間呈現分為2個變化階段，2007—2010年處于上升趨勢，2011—2017年呈現減少趨勢。③從空間分布來看，9個市州中發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、安順、黔東南、六盤水、遵義、銅仁、貴陽；森林火災占總野火頻次的一半。

衛星遙感監測火點具有覆蓋范圍廣、時效性強、分辨率高等優點，但受到云層的遮擋時無法進行監測。現有的極軌衛星遙感火點監測今后結合靜止衛星數據，再融合雷達SAR資料，可以做到對野火的全天候，無死角的實時監測。