吉林省森林火灾空间分布规律

章林，周勇，孙平岩，张大明，任晓光，孙景花

（1.吉林省林业科学研究院，吉林长春130033；2.吉林省森林草原防火指挥部办公室，吉林长春130031)）

吉林省森林火灾空间分布规律

章林1，周勇1，孙平岩2，张大明2，任晓光1，孙景花1

（1.吉林省林业科学研究院，吉林长春130033；2.吉林省森林草原防火指挥部办公室，吉林长春130031)）

通过对吉林省森林火灾数据的收集与处理，运用ArcGIS中探索性空间数据分析技术对吉林省森林火灾发生次数进行了空间特性分析，并用克里金插值方法对吉林森林火灾进行趋势预测。结果表明：①吉林省各县（市）的森林火灾分布存在着不均匀性。森林火灾总的分布特征呈“东多中较多西少”格局。其中敦化、安图、珲春及江源，是吉林省森林火灾发生次数最多的区域。②吉林省较大森林火灾的空间分布基本为“东多中少西较多”的格局。较大火灾发生较多区域为敦化、龙井、珲春。③吉林省农事用火引发森林火灾的空间分布基本为“东多中少西少”的格局。最集中分布在敦化、安图及辉南3个区域。④用简单克里金插值法比普通克里金插值法预测吉林省森林火灾趋势精度高，其预测趋势为：2个森林火灾高发中心和1个森林火灾低发中心。

森林火灾；空间分布；克里金插值法；预测趋势；吉林

1 材料与方法

1.1材料

收集吉林省1989-2015年的森林火灾统计数据，其中包含林火发生时间、扑灭时间、火点地理坐标、过火面积、受害森林面积、火灾损失、起火原因、扑火力量等。

1.2方法

ArcGIS10的地统计分析扩展模块通过利用确定性插值方法和地统计方法对表面进行建模，是个功能强大，简单易用的数据分析与表面建模工具。地统计分析模块包括3个部分：探索性空间数据分析(exploratory spatial data analysis,ESDA)、地统计向导和Geostatistical Analyst工具箱。其中，探索数据和地统计向导可以通过Geostatistical Analyst工具条访问。地统计向导可引导分析人员逐步完成插值模型的创建和评估过程[1-2]。

本文根据1989-2015年吉林省森林火灾统计数据，利用ArcGIS的地统计分析扩展模块对吉林省森林火灾分布特征进行空间分析，并对其森林火灾趋势进行预测。

2 结果与分析

2.1吉林省森林火灾的总体空间分布特征

根据1989-2015年27年吉林省森林火灾统计数据，吉林省的森林火灾类型主要为一般森林火灾和较大森林火灾，无重大森林火灾和特别重大森林火灾，并且各个地区的森林火灾分布存在着不均匀性。

通过ArcMap符号系统中的分级色彩，采用自然间断分级法，分类数为“4”，建立森林火灾空间分布图，显示27年的火灾次数分布。用颜色由浅至深表示，颜色越深的区域，表明该区域森林火灾发生次数越多;颜色越浅，表明该区域森林火灾发生次数越少。

由图1可以观察到，吉林省森林火灾的空间分布基本为“东多中较多西少”的格局。即吉林省东部为森林火灾发生次数多的区域，吉林省西部为森林火灾发生次数较少的区域。

图1 吉林省森林火灾空间分布

吉林省东部是我国重点国有林区，有一级重点森林火险区24个，是该省森林火灾频发地区。该地区森林火灾发生最多的地方有4个部分，分别为敦化、安图、珲春及江源。这4部分也是全省历年来森林火灾发生次数最多的区域，分别为126次、87次、85次、85次。在吉林省东部森林火灾发生最少的区域有5个部分，分别为临江、长白、集安、通化、柳河。

在中部森林火灾发生最多的区域为长春市市辖区（除九台区）、梨树及四平市市辖区，在吉林省中部森林火灾发生最少的区域有东丰、磐石。

吉林省西部重点森林火险区较少，只有1个，从全省来看是森林火灾发生最少的地区，除洮北、镇赉、扶余有少量森林火灾发生外，该地区大部分几乎不发生森林火灾。

2.2吉林省较大森林火灾空间分布特点

由图2可以观察到，吉林省较大森林火灾的空间分布基本为“东多中少西较多”的格局。吉林省27年来较大森林火灾共发生191起，占森林火灾总次数的14.06%，较大森林火灾发生较多区域为珲春、敦化、龙井，分别为26起、23起、22起。而吉林省西部地区的洮北、镇赉也易发生较大森林火灾，原因是这些地方生长的主要是人工杨树林，林下蒿草繁茂，起火后虽然火势不大，但蔓延极快，如果发现和处置不及时，很容易造成较大及以上的森林火灾。

图2 吉林省较大森林火灾空间分布

2.3吉林省农事用火引发森林火灾的分布特点

由图3可以观察到，吉林省农事用火引发森林火灾的空间分布基本为“东多中少西少”的格局。全省27年来，因农事用火引发森林火灾共320起，占总森林火灾次数的23.56%，是该省主要的火源。这类型森林火灾发生最多的地方分布在敦化、安图及辉南3个区域，延吉、龙井、靖宇、江源、梅河口、四平的铁东区因农事用火引发森林火灾也较多。

图3 吉林省农事用火引发的森林火灾分布

2.4森林火灾空间数据分析

2.4.1正态Q-Q图

正态Q-Q图上的点可指示数据集的单变量分布的正态性。利用正态Q-Q图，将数据集与标准正态分布进行比较，如果数据是正态分布的，点将落在45度参考线上，如果数据不是正态分布的，点将偏离参考线。从图4可以看出，由吉林省森林火灾实际数据的取值组成的曲线有接近直线的趋势，但有许多点偏离参考线，表明吉林省森林火灾分布属于离散型概率分布而不属于正态分布。

图4 正态Q-Q图

2.4.2趋势分析

使用ArcGIS10.0中趋势分析工具探测森林火灾空间分布趋势，如图5所示。趋势分析图中的每一根竖棒代表了一个数据点的值(高度)和位置。这些点被投影到一个东西向的和一个南北向的正交平面上。通过投影点可以做出一条最佳拟合线，并用它来模拟特定方向上存在的趋势。在图5中，可以看到投影到东西方向上的趋势线呈近斜线，南北方向上的趋势线呈弱反U形，从中我们可以大致得知，此区域的林火频数为东西方向由西向东逐渐升高，南北方向上由北到南逐渐升高且升高到一定阶段又开始下降。

图5 空间趋势分析

2.5森林火灾空间分布趋势预测

2.5.1预测图

采用简单克里金插值法和普通克里金插值法分别对森林火灾发生的空间分布做出趋势预测分析，参见图6、7。图6、7中颜色由浅至深表示森林火灾发生次数的变化，颜色越深表示森林火灾发生次数越多。从图6可预测吉林省森林火灾分布为：2个林火高发中心和1个林火低发中心。林火高发中心分别位于敦化、安图、和龙一带，珲春一带。林火低发中心位于通榆、洮南、镇赉一带。从图7可预测吉林省森林火灾分布为：1个林火高发中心和3个林火低发中心。林火高发中心位于敦化一带。3个林火低发中心分别位于通榆、洮南一带，长岭、双辽一带，农安、前郭一带。

图6 简单克里金插值法预测森林火灾趋势

2.5.2交叉验证效果

根据标准平均值预测误差接近于0、均方根预测误差越小越好、平均标准误差与均方根预测误差差值最小、标准均方根预测误差接近于1的判断原则，对2种插值交叉验证效果进行比较。

从表1各项参数数据来看，2种插值交叉验证效果均较好。然而，用简单克里金插值法进行森林火灾预测的均方根与平均标准误差的差值为0.94339，小于用普通克里金插值法进行森林火灾预测的均方根与平均标准误差的差值1.74165，且用简单克里金插值法进行森林火灾预测的标准均方根较用简单克里金插值法进行森林火灾预测的标准均方根更接近1，因此，用简单克里金插值法预测精度更高。

图7 普通克里金值法预测森林火灾趋势

表1 2种克里金插值法交叉验证效果

3 结论与讨论

3.1结论

1）吉林省各县（市）的森林火灾分布存在着不均匀性。森林火灾总的分布特征呈“东多中较多西少”格局。即吉林省东部为森林火灾发生次数多的区域，吉林省西部为森林火灾发生次数较少的区域。其中敦化、安图、珲春及江源，是吉林省森林火灾发生次数最多的区域，分别为126次、87次、85次、85次。吉林省西部除洮北、镇赉、扶余有少量森林火灾发生外，该区域大部分几乎不发生森林火灾。

2）吉林省较大森林火灾的空间分布基本为“东多中少西较多”的格局。较大森林火灾发生较多区域为敦化、龙井、珲春。较大森林火灾发生较少区域为中部地区，除四平铁东区外。

3）吉林省农事用火引发森林火灾的空间分布基本为“东多中少西少”的格局。因农事用火引发森林火灾最多的地方分布在敦化、安图及辉南3个区域，而延吉、龙井、靖宇、江源、梅河口、四平的铁东区因农事用火引发森林火灾也较多。

4）用简单克里金插值法比普通克里金插值法预测精度高，其预测吉林省森林火灾趋势为：2个林火高发中心和1个林火低发中心。林火高发中心集中在敦化、安图、和龙一带及珲春一带。林火低发中心位于通榆、洮南、镇赉一带。

3.2讨论

1）由于吉林省地域广阔，东、西部气候差异显著，各个区域森林可燃物类型也不同，林情、社情也存在差别，造成森林火灾空间分布的差异性。按照林火空间分析结果，采用分森林火险等级的林火管理政策和措施，可以科学地、有效地调控有限的森林防火资源，使其配置高效化，大幅度提升森林防火科学化管理水平。

2）本次研究中所采用的样本数据较少，部分样本数据起伏较大，对空间插值分析和趋势面分析有不同程度的影响。在今后的工作中将采集更多年份的历史数据对森林火灾的空间分布和预测做进一步的研究和探索。

[1]吴秀芹，张洪岩，李瑞改，等.ArcGis9地理信息系统应用与实践[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]牟乃夏，刘文宝，王海银，等.ArcGis10地理信息系统教程—从初学到精通[M].北京：测绘出版社，2013.

（责任编辑：陈小华）

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2015-08-31

中央财政林业科技推广示范资金项目（吉推[2014]02）