2003—2018年中國森林火災時空分布格局研究

曾雪艷，楊金明，李士美

(青島農業大學 園林與林學院，山東 青島 266109)

森林火災是突發性強、破壞性大、處置較為困難的自然災害之一[1-2]。據聯合國糧農組織統計，2003—2012年間全球森林每年過火面積為 6 700 萬hm2，約占全球森林總面積的1.7%[3]。近年來，受氣候變化、人為活動等多因素的影響，森林火災火險期提前并延長，全球森林火災發生次數、受害面積呈增加態勢[4-6]。探究森林火災的發生規律與時空分布格局，是森林火災預測、火災管理的前提和基礎，且一直是國內外森林火災研究的熱點領域[7-9]。例如，Wang和Anderson[10]采用核函數(kernel function)評估了加拿大艾伯塔省雷電和人為森林火災起火地點分布的時空格局。蘇立娟等[11]根據統計年鑒數據，運用主成分分析和聚類分析等方法，分析了1950—2010 年中國森林火災的時空特征，并根據災情指標對全國各省份進行評價與分類。張穎和丁昱菲[12]根據2003—2016年森林火災、森林病蟲害數據，借助主成分、聚類分析方法，分析了中國森林災害的空間分布特征。在研究手段和方法上，森林火災時空格局研究主要是基于森林火災的歷史發生數據、遙感數據，運用空間分析、數學統計等手段分析森林火災發生的時空格局，其研究尺度涉及全球、國家和局地等多級尺度[5,8,13,14]。

為全面掌握全國自然災害風險狀況，提升綜合防范自然災害的能力，第一次全國自然災害綜合風險普查工作于2020—2022年開展。普查工作涵蓋地震災害、地質災害、氣象災害、水旱災害、森林和草原火災等自然災害類型。準確掌握自然災害發生的底數與分布格局，是客觀認識區域災害綜合風險水平的基礎，其成果可為各級政府有效開展自然災害防治和應急管理工作提供科學決策依據?；诖耍疚母鶕?003—2018年的全國森林火災統計數據，全面分析中國森林火災按省份發生的時空格局，定量分析其統計學規律，旨在為森林火災預測、管理和風險決策提供基礎支撐。

1 研究方法

1.1 數據來源與處理

森林火災統計數據來源于《中國統計年鑒(2004-2019)》。統計數據包含31省份2003—2018年歷年森林火災發生的總次數、一般火災次數、較大火災次數、重大火災次數、特別重大火災次數、火場總面積、受害森林面積等。特別說明，2009年之前的《森林防火條例》將森林火災級別分為森林火警、一般森林火災、重大森林火災和特大森林火災；2009年修訂的《森林防火條例》將森林火災界定為一般森林火災、較大森林火災、重大森林火災和特別重大森林火災。為便于前后銜接，將2003—2008年的“森林火警”和“一般森林火災”分別等同于2009年之后的“一般森林火災”和“較大森林火災”統計。

1.2 數據分析

受氣候條件、人為活動、可燃物特性等多種因素的影響，森林火災的發生具有明顯的隨機性和突發性。對于森林火災發生規律的統計分析，以往主要是采用單一的平均值指標分析森林火災格局，但由于平均值易受極端值的影響，導致分析結果難以客觀反映森林火災發生的內在規律[15]。通常，組內數據之間的差異程度較小，采用平均值即有較好的代表性；而組內數據之間的差異程度較大，特別是有極大或極小值的情況，采用中位數或眾數有較好的代表性。本文分別采用平均值和中位數衡量數據的集中趨勢，采用變異系數反映數據的離散程度。

聚類分析采用K均值聚類方法。將森林火災總次數、一般森林火災、較大森林火災、重大森林火災、特別重大森林火災發生次數和火場總面積、受害森林面積、傷亡人數、其他損失折款等指標的平均數、中位數和標準差作為聚類指標，最大迭代次數取10次。

基礎數據分析和聚類分析使用SPSS statistics軟件，繪圖運用Origin軟件。

2 結果與分析

2.1 森林火災總次數的時空格局

2003—2018年，全國共發生森林火災 111 446 次，平均數和中位數分別為為6 965.4 次和 5 634.0 次。按照由大到小的順序，平均數和中位數居于前列的分別是湖南、貴州、廣西、湖北、河南和云南，且均表現為中位數低于平均值，間接反映了期間森林火災年發生次數呈現右偏分布(圖1)。森林火災總次數的平均數和中位數均小于100次的為海南、重慶、河北、陜西、黑龍江等17省份。云南、浙江、四川、福建、江西、廣東、安徽、遼寧、內蒙古等9省份的森林火災年發生總次數的平均數和中位數介于110.5～363.9次。在31省份中，天津、江西和福建等3省份森林火災總次數的變異系數大于1，僅有青海、廣西、新疆、內蒙古、四川和上海的變異系數小于0.5且大于0.3，這說明其森林火災的發生具有極強的隨機性和離散性。例如，2018年湖南發生森林火災高達 5 053 次，而2015年低至51次。從中位數與平均數的比值來看，只有內蒙古和西藏的比值大于1；吉林、廣西、寧夏、河南等4省份比值接近于1，其他省份均是中位數小于平均數。因而，通過森林火災總次數的平均數來反映森林火災發生風險，將會導致部分省份評估結果偏高。

圖1 森林火災年發生總次數的分布格局

2.2 各級別森林火災次數的時空格局

2003—2018年，全國共發生特別重大森林火災29次，其中黑龍江和內蒙古分別發生15次和14次，僅2003年兩省就發生7次。同期，全國共發生重大森林火災175次，其中內蒙古、福建、湖南和浙江等4省份占比為61.14%，而四川、黑龍江和貴州等13省份占比為38.86%，其余省份未有重大森林火災發生。由此可見，特別重大森林火災、重大森林火災的發生省份相對集中。

2003—2018年，全國共發生一般森林火災 65 436 次，發生次數的平均數和中位數分別為 4 089.8 次和 3 332.5 次。其中，湖南一般森林火災的年均發生次數最多，為763.5次，貴州次之，為668.3次。然而，就一般森林火災次數的中位數而言，貴州省最多，為532.5次，其次為湖南(453.0次)。此外，僅湖北、河南、廣西、四川和云南一般森林火災發生次數的平均數和中位數均超100次。其余24省份一般森林火災發生次數的平均數和中位數低于100次(圖2)。除上海外，四川一般森林火災發生次數的變異系數最低，為0.36；江西最高，為1.35。就一般森林火災的中位數與平均數的比值而言，僅有廣西、西藏和吉林3省份的比值略大于1，其他28省份的中位數均小于平均數。

圖2 一般森林火災年發生總次數的分布格局

對較大森林火災年發生次數的平均數排序，發現其分布格局與一般森林火災次數的平均數分布規律存在明顯區別(圖3)。較大森林火災年均發生次數最高的是湖南，其平均數和中位數分別為724.6次和531.0次，遠高于列第二位的貴州，其平均數和中位數分別為295.5次和231.0次。廣西、浙江、福建、江西、云南和廣東等6省份的較大森林火災次數的平均數和中位數也均超百次。31省份中，僅有云南較大森林火災發生次數的中位數大于平均數。除上海以外的30省份中，內蒙古發生較大森林火災次數的變異系數最小，為0.38，最高的為天津，其變異系數高達1.79，這反映了內蒙古較大森林火災的概率較大，而天津發生較大森林火災的概率較小，存在突發性。

圖3 較大森林火災年發生總次數的分布格局

2.3 火場面積與受害森林面積時空格局

2003—2018年，全國森林火災火場總面積為328.95萬hm2，年均火場面積20.56萬hm2。其中，黑龍江和內蒙古分別占52.05%和13.30%，湖南、云南、廣西、貴州占比為4.48%～4.88%，以上6省份合計占全國火場年均總面積的84.01%。然而，由于特別重大森林火災等極端值的影響，森林火災火場面積中位數的分布格局與平均數分布格局存在顯著差異。2003—2018年，火場面積中位數最高的為云南，占全國火場面積中位數的15.97%；其次為黑龍江，占12.16%。云南、黑龍江、湖南、廣西和內蒙古火場面積中位數累積占比為61.61%(圖4)。

圖4 火場面積時空格局

2003—2018年，全國森林火災受害森林面積年均為 86 417.2 hm2，占火場面積的42.03%。其中，黑龍江、內蒙古、湖南、福建、江西5省份受害森林面積累計占比為全國的84.38%，分省份依次占比為52.42%、17.47%、7.15%、4.18%和3.16%。但是，受害森林面積中位數的分布格局卻與平均數不盡一致，全國受害森林面積的中位數為 22 008.5 hm2，僅為受害森林面積平均數的25.47%。而且，受害森林面積中位數居于前列的省份依次為湖南、內蒙古、云南、福建、浙江和廣西，相應占比依次為21.66%、16.27%、9.01%、6.51%、6.45%和6.12%，其累計占比為66.02%(圖5)。

圖5 受害森林面積的分布格局

2.4 聚類分析

聚類分析結果表明，31省份可分為4類，其中第一類為內蒙古；第二類為安徽、北京、甘肅、廣東、海南、河北、河南、湖北、吉林、江蘇、遼寧、寧夏、山東、山西、陜西、上海、四川、天津、西藏、青海、新疆、浙江、重慶等23省份；第三類為福建、廣西、貴州、湖南、江西和云南等6?。坏谒念悶楹邶埥?。內蒙古和黑龍江各單列為一類，主要是因為其重大森林火災和特別重大森林火災次數多、火災損失(包括火場總面積、受害森林面積、傷亡人數、其他損失折款)大；第二類23省份為森林火災次數少、火災損失小，且變動幅度小；第三類6省份，森林火災次數、火災損失中等，但變動幅度較大。

3 結論與討論

根據2003—2018年的森林火災統計數據，通過分析火災次數、火場面積和受害森林面積等指標的集中趨勢和離散程度，全面揭示了中國森林火災按省份發生的時空格局。結果表明，森林火災統計指標的平均數和中位數的分布格局不盡一致。就森林火災總次數而言，平均數和中位數居于前列的是湖南、貴州、廣西、湖北、河南和云南，且均表現為中位數低于平均值。重大森林火災和特別重大森林火災集中在黑龍江和內蒙古。一般森林火災、較大森林火災的平均數和中位數分布格局之間也存在明顯區別。薛昌穎等在研究北方冬小麥產量災損風險類型的地理分布時，將災年減產率變異系數劃分為低(0～0.3)、中(0.3～0.5)、高(0.5～1.0)3個等級，而森林火災次數的變異系數多在0.3以上[16]。中位數與平均數比值、變異系數等的分析結果也進一步說明森林火災具有極強的隨機性和離散性。森林火災火場面積、受害森林面積中位數的分布格局與平均數分布格局存在顯著差異，火場面積居于前列的主要為黑龍江、內蒙古、云南、湖南、廣西、貴州等，但其排序和占比明顯不同。綜合比較發現，絕大多數省份森林火災次數的中位數要低于平均數。從統計學角度，當一組數據分布不均勻并出現極端值時，用中位數作為總體的一般水平的代表具有較強的代表性。例如，當前社會群體收入分配差距相當大，用算術平均數、眾數作為收入狀況的代表，其代表性不強，說服力不夠[15]。而森林火災的發生也具有極強的隨機性、離散性，個別年份存在極端值的情況，因而通過森林火災總次數、火場面積和受害森林面積的平均數來反映森林火災發生風險，將會導致評估結果偏高。

以森林火災總次數、一般森林火災、較大森林火災、重大森林火災、特別重大森林火災的發生次數及火場總面積、受害森林面積、傷亡人數、其他損失折款等指標的平均數、中位數和標準差作為聚類指標，將31省份分為4類。由于選取聚類指標和分析方法的不同，分析結果與蘇立娟等[11]、張穎和丁昱菲[12]的研究結果存在差異。