黑龍江省草原火時空分布

魏云敏 孫家寶 袁強

摘要：? 本文主要以AQUA MODIS衛星遙感影像為主要數據源，應用地理信息數據分析技術對黑龍江省2002～2017年草原火發生時間和空間變化進行分析，結果表明：從季節尺度變化分析，春季是黑龍江省草原火的高發期，過火面積最大，變化范圍為105.00～30130.25 km2，秋季次之，夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2；全省年際草原火面積平均為（9 374.17±9 812.97）km2，變化范圍為1 603.25～33 515.75 km2，存在極顯著增加趨勢；從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區域均在松嫩平原草原區齊齊哈爾和大慶。

關鍵詞：? 遙感影像；? 草原火；? 時空分布

中圖分類號：? ?S 762. 3? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0050 － 05

Temporal and Spatial Distribution of Grassland fires in Heilongjiang Province

WEI Yunmin SUN Jiabao** YUAN Qiang

（Heilongjiang Forest Protection Institue，? Heilongjiang Jiagedaqi 165000）

Abstract In this paper， AQUA MODIS satellite remote sensing image was used as the main data source， and geographic information data analysis technology was used to analyze the temporal and spatial changes of grassland fire occurrence in Heilongjiang Province from 2002 to 2017. The results showed that： from the analysis of seasonal scale variation， spring was the most frequent period of grassland fire in Heilongjiang Province， with the largest burning area in the range of 105.00-30130.25 km2， followed by autumn. Summer grassland fire area was smaller than spring and autumn， with the range of 17.00-1744.75 km2. The average annual grassland fire area of the whole province was 9374.17±9812.97 km2， and the variation range was 1603.25-33515.75 km2 with an extremely significant increasing trend. It could be seen from the spatial distribution that the concentrated distribution areas of fire points in spring， summer and autumn were Qiqihar and Daqing in Songnen plain.

Key words Heilongjiang province; grassland fire; temporal and spatial distribution

草原火災是一種突發性的自然災害，其破壞性大，給草原地區的經濟發展、社會安定帶來巨大影響，嚴重制約畜牧業生產穩定發展，同時也對人民的生存環境構成嚴重威脅[ 1 ]。我國草原面積廣大，總草原面積416萬km2，占國土總面積的43.3％。我省現有草原面積207萬hm2，主要分布于松嫩平原、三江平原和中、北部的山區半山區，草原火災時有發生[ 2 - 4 ]。近年來我省加強草原的保護工作，隨著退耕還草及禁牧等保護措施的開展，草原可燃物逐年積累，草原火災發生的風險逐漸加大[ 3 - 4 ]。

據國外相關文獻報道，北美大草原火發生時間主要集中在冬季和早春[ 5 ]，而在北美洲西南部干旱草原火主要發生在晚春和夏初[ 6 - 7 ]。在我國，從時間差異上看，草原火集中在降水較少、風速較大的春、秋兩季。從地域分布上看，降水較少、風速較大的內蒙古、黑龍江、吉林、青海和新疆等也是重特大草原火災的發生地[ 2 ]。我國內蒙古草原地區是草原火極為活躍的地區，關于內蒙古草原火的時空格局及影響因子等方面已有一些研究報道[ 8 - 12 ]，包括呼倫貝爾草原火的季節變化規律[ 8 - 9 ]；新巴爾虎草原火的時空分布特點[ 10 ]；內蒙古草原火的特點、危害、時空分布規律及主要影響因素[ 11 - 12 ]；中蒙邊境地區草原火的時空分布特征研究[ 13 ]等等。關于黑龍江省草原火的研究少見報道，而且這些研究大多集中在局部地區或較小時間跨度上，未能利用遙感影像在宏觀尺度上反映內蒙古草原火的時空分布規律。因此，對黑龍江省草原火災發生的時空分布格局進行分析，利用遙感影像研究其時空變化規律，為進一步開展草原火監測預警、草原火生態等研究提供理論基礎，具有重要的科學意義，以期為森林草原管理部門開展草原火的預防治理工作提供指導和科學參考依據。

1 材料與方法

1. 1 研究區域概況

黑龍江省介于121°11'～135°05'E，43°26'～53°33'N，氣候屬溫帶大陸性季風氣候，雨熱同季，氣溫緯向變化明顯，由南向北遞減；濕度經向變化明顯，由東向西遞減。全省年平均氣溫為-6～4℃，年極端最高溫為41.6℃，極端最低溫為-52.3℃；全年平均降水量400～600 mm，年日照時數一般在2 300～2 800 h；風能資源豐富，春季大風日最多，多發生在松嫩平原和三江平原。

黑龍江省草地主要分布在松嫩平原，草地類型以草甸類草地和干草地為主，草地植被覆蓋度平均約70%，以羊草（Leymus chinensis）、星星草（Puccinellia? tenuiflora）、野古草（Arundinella? anomala）、針茅（Stipa capillata）、冰草（Agropyron cristatum）等為主要優勢種。

1. 2 數據來源及處理

1. 2. 1 地面監測數據

本研究利用2次地面監測火點數據驗證MCD64A1數據的精度，地面監測地點和過火面積見表1。

1. 2. 2 地理信息數據

數字高程模型（DEM）為SRTM地形產品V4.1版本數據，數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站（http：//www.gscloud.cn），空間分辨率為90 m。

研究所需省級行政區劃數據來自于國家基礎地理信息中心（http：//www.ngcc.cn/ngcc/）的1∶25萬基礎地理信息，對數據進行拓補檢查，去除省界和縣界的間隙。地面觀測站位置數據為中國氣象局下發的矢量數據，以上數據的地理投影均轉換為WGS- 1984。

1. 2. 3 MCD12Q1數據產品

本研究基于MODIS的MCD12Q1數據產品（土地類型覆蓋產品）的“IGBP全球植被分類方案”的分類結果提取研究區自然植被分布范圍，該數據原始空間分辨率為500 m。研究中將MCD12Q1數據分類結果分為自然植被（森林、灌木林地、草地、濕地）和非自然植被（包括城市用地、農田、水體和雪地）。

1. 2. 4 MCD64A1數據產品

MCD64A1數據是MODIS數據的燃燒面積累計月合成值產品，原始空間分辨率為500 m，包括燃燒日期、燃燒數據、質量確認等5個文件。在燃燒日期文件中的DN值含義如表2。

把地面監測的起火位置疊加到MCD64A1數據對應日期的圖層上，結果顯示，2次起火位置均準確落入MCD64A1數據代表的燃燒點上，利用MCD64A1數據計算的燃燒面積分別為14.21 km2和20.56 km2，誤差率分別為-3.46%和-7.02%，可見MCD64A1數據可以作為分析東北地區火時空動態特征的數據源。為避免重復統計火點次數，把當年同一地點發生多次火點記錄記為1次。

本研究使用MODIS Reprojection Tool software（MRT）V4.0[ 14 ]進行影像的拼接、重采樣（統一空間分辨率為500m）和投影轉換（由Sinusoidal投影轉換為經緯度投影）等預處理。

2 結果分析

2. 1 黑龍江省草原火分布時空變化

2. 1. 1 草原火的時間尺度差異

（1）季節尺度變化分析

四季劃分標準為：3～5月春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季，1月、2月和12月為冬季。分別統計2002～2017年春季、夏季和秋季黑龍江省草原過火面積時間變化特征（圖1），春季是草原火的高發期，過火面積最大，變化范圍為105.00～30 130.25 km2，平均為（5 990.48±8 146.33）km2，年際波動大，存在極顯著增加趨勢（P=0.016），而且2014年以后過火面積明顯增加；秋季草原過火面積小于夏季，變化范圍為131.00～10 687.50 km2，平均為（3 111.69±2 969.55）km2，年際波動大，存在顯著增加趨勢（P=? ?0.045），其中2014年和2015年秋季過火面積較大；夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2，平均為（272.00±396.89）km2，總體過火面積存在一定的減少趨勢（P=0.472），其中2007年夏季過火面積明顯高于其他年份，除去2007年外，其他年份的過火面積總體變化趨勢不顯著。

（2）年際尺度變化分析

草原火災的發生受人為或氣候等多種因素的影響，每年會出現較大的波動[ 8 ， 11 ]。分析圖2可見，2002～2017年全省年際草原火面積平均為（9 374.17±9 812.97）km2，變化范圍為1 603.25～33 515.75 km2，存在極顯著增加趨勢（P=0.008 1），平均增加量為1 353.80 km2/a，其中2014年、2015年和2017年草原火面積明顯高于其他年份，變化范圍為2 38.75～33 515.75 km2，2003年和2012年相對較少。

2. 1. 2 草原火的空間分布特征

黑龍江省草原按草原類型、自然因素和行政界限等因素進行分類，分為松嫩平原草原區、三江平原草原區、山區半山區草原區三大平原區。圖3顯示了2002～2017年間黑龍江省全部草原火點的分布，分析可見，火點主要集中在齊齊哈爾和大慶所在區域，這也是全省草原分布最集中的區域。統計“圖3-全年”可見，全省在研究時間共有草原火點1 264個，其中松嫩平原草原區有1230個，山區半山區草原區有15個，三江平原草原區有19個。從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區域均在齊齊哈爾和大慶。

利用標準差橢圓方法分析2002～2017年黑龍江省草原火點分布的空間分布格局（圖4），從分布方向上看，草原整體以東-西方向為主導，方位角為64.70°，與草原分布地理中心的夾角為12.73°；空間分布中心（124.60°E，46.75°N）與黑龍江省地理中心（125.52°E，47.00°N）距離為75.23 km，位于地理中心的西南方向；軸比（極化橢圓的長軸與短軸的比值）為1.12，比草原分布軸比小0.41。

3 結論與討論

本文采用歷史草原火災資料調查，結合TERRA 和 AQUA MODIS衛星遙感影像的方法，對黑龍江省2002～2017年草原火發生時間和空間變化進行分析，主要結論如下：

3. 1 從季節尺度變化分析，春季是黑龍江省草原火的高發期，過火面積最大，變化范圍為105.00～? 30 130.25 km2，秋季次之，夏季草原過火面積較春季和秋季都小，變化范圍為17.00～1 744.75 km2；

3. 2 2002～2017年全省草原年平均過火面積為（9 374.17±9 812.97）km2，存在極顯著增加趨勢，其中2014年、2015年和2017年草原火面積明顯高于其他年份。春季是草原火的高發期，年平均面積為（5 990.48±8 146.33）km2，年際波動大，存在極顯著增加趨勢。

3. 3 從空間分布可見，春季、夏季和秋季火點集中分布區域均在齊齊哈爾和大慶。利用標準差橢圓方法分析2002～2017年黑龍江省草原火點分布的空間分異格局，從分異方向上看，草原火整體以東-西方向為主導。

黑龍江省是林業大省，全省森林面積2? 147萬hm2，森林覆蓋率47.3%，而草原面積207萬hm2，僅占全省國土總面積的4.4%，因此，黑龍江省草原研究工作沒有得到足夠重視，特別是草原火干擾方面研究資料相對較少，但黑龍江省草原在維護生物多樣性、景觀設計、畜牧業發展等方面起到了重要的作用，因此，必須加強草原保護和監測，防止草原火的發生，減少草原火對環境、財產造成的損失。

在本研究中利用遙感影像只分析了黑龍江省草原火的時空分布，由于設計和條件的限制，未對其影響因素進行分析，而影響因素對草原火的防治過程起到了重要作用[ 8? ， 14 - 15 ]，在以后的研究逐步加入氣候因子、人為因子等影響因素，使黑龍江省草原時空分布分析更完善。

參考文獻

［1］ Guo Meng， Li Jing， Yu Fangbing，Yin Shuai， et al. Estimation of postfire vegetation recovery in boreal forests using solar-induced chlorophyll fluorescence（SIF）data［J］.? International Jouranl of Wildand fire. 2021（5）： 13 - 21.

［2］ 姜莉，? 玉山，? 烏蘭圖雅，? 等.? 草原火研究綜述［J］. 草地學報，2018， 26（4）： 791 - 803．

［3］ 鄭煥能.? 中國東北林火［M］.? 哈爾濱：? 東北林業大學出版社，2000.

［4］ 胡海清.? 林火生態與管理［M］.? 北京：? 中國林業出版社， 2005.

［5］ Philip John Zylstra. Flammability dynamics in the Australian

Alps［J］. Austral Ecology， 2018（5）： 56 - 63.

［6］ Fang Keyan， Yao Qichao， Guo hengtang， et al. ENSO modulates wildfire activity in China［J］. Nature communications， 2021（1）： 8 - 15.

［7］ Babruskas V. Effective heat of combustion for flaming combusition of conifers［J］.Canadian Journal of Forest Research， 2006， 36（3）： 659 - 663.

［8］ 周粉粉，? 郭蒙，? 鐘超，? 等.? 呼倫貝爾草原火時空格局及特征分析［J］.? 地理科學，? 2022， 42（10）： 1838 - 1847.

［9］ 徐英睿.? 2001～2010年呼倫貝爾草原火災空間分布［J］.? 長春師范大學學報，? 2017（10）： 77 - 80.

［10］ 宮大鵬，? 康峰峰，? 劉曉東.? 新巴爾虎草原火時空分布特征及對氣象因子響應［D］.? 北京： 北京林業大學， 2018.

［11］ 高策.? 內蒙古東部地區草原火時空分布格局及影響因素研究［D］.? 長春： 東北師范大學， 2016．

［12］ 薩如拉，? 張鑫，? 韓霄，? 等.? 1981～2015年內蒙古自治區草原火災時空動態研究［J］.? 消防科學與技術， 2019（3）： 38 - 42.

［13］ 麗娜，? 包玉龍，? 銀山，? 等.? 中蒙邊境地區草原火時空分布特征分析［J］.? 災害， 2016（3）： 207 - 210.

［14］ 靳全鋒，? 黃海松，? 沈培福，? 等.? 基于MODIS影像內蒙古草地火排放污染物動態研究［J］. 中國環境科學， 2019（3）： 210 - 215.

［15］ 楊曉穎，? 玉山，? 都瓦拉，? 等.? 蒙古高原草原火災風險評價研究［J］. 干旱區地， 2021（4）： 1032 - 1044.

［16］ 馬文紅，? 方精云，? 楊元合，? 等.? 中國北方草地生物量動態及其與氣候因子的關系［J］. 中國科學：生命科學，2010， 40（7）： 632 - 641.