基于卫星监测的云南省林火时间特征分析

徐盛基，胡敏锐，贾鹏飞，王秋华，单保君，韩永涛

（1.国家林业局南方航空护林总站，云南 昆明 650021；2.西南林业大学，土木工程学院，云南 昆明 650224）

基于卫星监测的云南省林火时间特征分析

徐盛基1，胡敏锐1，贾鹏飞1，王秋华2，单保君2，韩永涛2

（1.国家林业局南方航空护林总站，云南 昆明 650021；2.西南林业大学，土木工程学院，云南 昆明 650224）

卫星红外监测具有时间频率高和连续性好等特点，采集了2004-2015年间森林火灾卫星红外监测数据，分析了云南省森林火灾的时间格局和分布规律。结果表明：不同年份火灾总次数具有上下波动的规律，变动时间周期为3~5年；不同年份森林火灾发生月高峰有所不同，平均峰值出现在3月份左右；火灾发生时间主要分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，1月到5月占全年的97.2%，6月以后到11月之前基本没有火灾发生。森林火灾的次数与火环境有一定的关系，但森林火灾次数与火源频度存在正相关性并且受火源频度的影响较大。

森林防火；林火监测；时间特征；卫星遥感；云南省

云南省是一个林火多发且危害严重的省份，为减少森林火灾对生态和人民财产的损失，我国及世界其他国家都非常重视林火监测。利用卫星遥感技术发现和监视森林火灾，具有实时性强、宏观全面和高效的特点。及时准确地监测森林火灾和火环境的变化、为森林火灾预防和扑救提供动态数据，是各级防火人员最为关注的问题之一。对于大面积、跨区域尺度的森林火灾，依靠密集的地面人力巡护、地面视频或热红外监控、飞机监测，不但费用高，而且工作繁杂，特别是对于盲区的监测精度低[1]。卫星遥感方法作为灾害监测手段，在时间分辨率和宏观性方面具有优势，已被越来越多的国家应用[2]。为了能提前发现火源，实现“打小”的方针，我国设立了专门的林火监测行业管理部门，研发监测处理技术系统，配备了相关工作人员，开展全国的卫星火情监测。云南的特殊地形地貌和气候条件，导致云南的森林火灾具有特殊的时间格局分布规律，为了更好地开展云南的卫星林火监测业务和服务，我们将利用多年的监测数据对时间格局和分布规律进行了分析。

1 林火监测概况

森林火灾的发展是一个由弱到强的过程，存在可控和有利的灭火时间，能提前发现火源或初发火至关重要，其关键环节是强有力的林火监测手段。目前我国林火监测主要有卫星监测、航空巡护、近地面观测（瞭望塔观测和视频监控）和地面巡护监测4种主要形式，其中卫星监测和瞭望台监测是我国现阶段林火监测的基本方式[3]。林火卫星监测，就是利用人造卫星空间平台上的电磁波传感器，探测和接收地物遥测信息源，通过地面接收站接收及图像数据处理系统进行信息处理，以发现火点并进行连续化跟踪观测，从宏观上比较准确、及时地提供林火信息，以支持森林火灾的控制及扑灭[1]。利用遥感监测方法研究森林草原火灾始于20世纪50年代的航空红外探测[2]。20世纪80年代初，随着地理信息系统和航天遥感技术的发展及应用，美国、加拿大、前苏联、巴西、墨西哥等国家先后开展了利用卫星探测森林火灾的实验和研究[2，4]。我国专门研发了国家林业局森林防火卫星林火监测技术，并由国家林业局防火办卫星监测中心、西南林火监测分中心和西北林火监测分中心负责日常运行[5]。

2 研究区及卫星红外监测数据分析

云南省地处我国西南边陲，第8次全国森林资源清查结果显示：云南省林地面积2501.04hm2，森林面积1914.19万hm2，森林覆盖率50.03%，森林蓄积169 309.19万m3，主要树种为云南松、栎类、思茅松。该地区的火灾发生频繁，是我国受火灾严重侵害的地区之一，根据森林资源统计年鉴数据1996-2013年间火场面积达213872hm2，受害森林面积37361.6hm2,其中天然林2570.3 hm2，人工林15 013.9 hm2，损失林木严重,其中成林蓄积1 508 420.6 m3，幼林株数15 654.4万株。

卫星监测热点、农用火、林火、计划烧除、炼山、灌木火之间存在一致性变动趋势（图1）。

图1 2004-2015年卫星监测数据分析

2004-2015年，在存在热点的5267个卫星红外监测图中监测到火点总计25 224个，火灾4012次，其中林火2243次，营林用火16 180次。每年热点数量都有变化，不同年份之间存在差异，呈现上下波动，卫星红外遥感监测热点数与森林火灾次数和营林用火次数均成正比关系，森林火灾次数和营林用火次数又是决定卫星红外遥感热定个数的重要因素。从数据上看，云南的森林火灾在2006年、2007年均出现高峰，2008年出现低谷，2011年以来有明显的减少趋势，而2010年从数量上讲是林火重灾年。同时数据显示，每年的营林用火次数与火灾次数有着明显的正相关性，但相关系数存在变动性。火因子是客观存在的生态因子也是森林生态中最活跃的因子之一，短时间内能改变森林内环境、植被等因素，是客观存在的，像价值规律一样，林火发生存在次数客观规律性和燃烧程度的周期性，从时间来看不同年份总会围绕这一客观次数上下波动。云南省的火灾次数低谷与高峰的变化周期为3~5年，在特别年份也会因极度的诱因呈现剧烈变化。2009-2010年冬春季节我国西南地区遭遇百年一遇的持续干旱[6]，持续干旱降低了死可燃物及活可燃物的含水率，增加了可燃物的易燃性，使得火环境明显改善，可燃物遇到火源成灾的概率增大，致使这两年森林火灾次数持续增多，尤其2010年出现森林火灾次数的极度高峰值。

3 监测热点特征及火灾时间分布

云南属独特的高原季风气候，森林类型主要有寒温性针叶林、暖性针叶林以及热性阔叶林。由于干热同期的气候条件使得森林火灾发生时间和概率在全年不同月份和季节成不同变化趋势，森林火灾的发生次数也有着强烈的时间分布特征。2004-2015年，卫星红外遥感监测热点总数、森林火灾总次数、营林用火总次数及月度均值之间的关系如图2、图3、图4所示。

图2 2004-2015年卫星监测热点与火灾次数关系分析

图3 2004-2015年火灾次数与营林用火次数关系分析

图4 2004-2015月均卫星监测热点、火灾次数、营林用火次数关系分析

云南省的火灾时间主要分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，集中在1~5月，占全年的97.2%，这与卫星红外遥感热点监测中热点次数存在明显的相关性，卫星红外遥感热点个数和森林火灾次数高峰值同时出现在3月左右。12年的统计数据在6~7月还存在283个热点，森林火灾次数仅有12次，月均0.92次，比起3月的7728个热点，1370次森林火灾，月均114.17次，森林火灾缩减了124倍之多。

营林用火是使用人为干预的方式，采用人为火源进行有目的的用火，包括：计划烧除、火烧隔离带、炼山、农用火等。数据显示，营林用火的时间分布在11月到次年的6月，这与森林火灾次数波动趋势及时间分布特征相似，营林用火次数与森林火灾发生次数最高峰都集中在3月，分别为4445次、332次。营林用火是人为主动用火，是森林火灾人为火源的直接来源之一，在数据上也存在一致波动的变化趋势。

2004-2015年卫星红外遥感热点监测数据月均值、森林火灾次数月均值、营林用火次数月均值比较，云南省的森林火灾受到卫星红外遥感热点监测的有效测定和标注及现场的确认。森林火灾受到营林用火的直接影响，营林用火与森林火灾又是导致卫星监测热点的数量变动的主要因素，营林用火和森林火灾占卫星红外遥感热点监测的80.2%。由于卫星红外遥感热点监测存在延时性和位置误差，有些热点被通知时已是1小时以后，再经现场确定则会更加延长时效性，致使有些难以查到。但这种相互关系，足以说明卫星红外遥感监测热点对营林用火和森林火灾响应的有效性。

4 结论与讨论

云南省是林火多发区，也是受火灾危害严重的省份之一。对2004-2015年间卫星红外监测数据分析表明，云南省每年都会发生火灾，森林火灾具有客观存在性，且这种客观存在性也有数量上的规律性，即不同年份总会围绕客观火灾次数值上下波动，变动时间为3~5年，变动幅度受各种外在因素的影响。森林火灾的次数与火环境有一定的关系，但森林火灾次数与火源频度有着直接的关系并且受火源频度的影响较大。云南省属低纬度地区，受雷击火等天然火源的影响非常小，火源主要来自人为火源，营林用火是火源来源的一个直接和重要途径，营林用火次数多的月份往往火灾次数也会相应地增加。火灾次数的多少不能反映森林受危害程度的高低，每次森林火灾危害程度与火灾发生林区的火环境影响甚大，尤其是重大森林火灾特有的火环境是形成重大危害的必要因素。

森林火灾发生次数不仅不同年份不同，在一年中不同月份也存在明显的差异，云南省的火灾时间分布在11月到次年的6月，占全年的99.97%，集中在1~5月，占全年的97.2%，峰值为3月左右，6月以后到11月之前基本没有火灾，占全年火灾的0.03%以下，这是云南省森林火灾的时间分布的最主要特征。云南省的这种森林火灾时间分布特征，主要与此地区的干热同期及此时间区间火源频度有关，营林用火是提供火源频度的直接来源，尤其是营林用火中的林缘农用火，每年3月左右是森林火灾次数高峰期也与此阶段存在清明等传统祭祀节日有关。火环境的可燃烧性也是导致森林火灾次数增多的前提条件。

从燃烧三角形的角度来说，森林火灾发生在野外不受空间限制，开放性是一个难以约束的条件，能采取管理措施的只有可燃物和火源，只有深入研究这两个因素才能快速和有效管理林火。对可燃物的管理方法有很多，包括计划烧除、人工清除、掩埋等。火源的管理是目前投入最多也是最重视的一个关键因素。针对云南省的森林火灾时间分布特征，实行重点管理，在每年11月到次年6月要重点设防，严格管理，尤其是3月前后，在营林用火上要实行疏堵结合以疏为主，防止过度防治管理导致适得其反的效果，在营林用火中要严格按照规定实施和管理。

[1]舒立福，王明玉，田晓瑞，等.NOAA/AVHRR和EOS/MODIS林火监测比较[J].森林防火，2005，（4）：27-29.

[2]舒立福，王明玉，赵凤君，等.几种卫星系统监测林火技术的比较与应用[J].世界林业研究,2005,18（6）：49-53.

[3]吴雪琼，覃先林，李程，等.我国林火监测体系现状分析[J].内蒙古林业调查设计,2010,33（3）：69-72.

[4]文定元，舒立福.林火理论[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1999：21-27.

[5]徐盛基.西南卫星林火监测技术现状与思考[J].绿色科技，2011，（2）：133-135.

[6]周秉根，陈建业，何俊杰，等.2009-2010年冬春季节我国西南地区持续干旱的成因分析[J].安徽师范大学学报（自然科学版）,2012,35（2）:52-55.

（责任编辑：陈小华）

S762.6

：A

2016-11-07

国家自然科学基金（项目编号31300553）