新疆阿勒泰地区2002-2018年森林草原火灾时空分布研究

王 劲，王秋华，梁 瀛，张文文，龙腾腾，高仲亮，王睿琛

（1． 西南林业大学土木工程学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明650224；2.新疆林科院森林生态研究所，新疆 乌鲁木齐830000）

新疆是我国面积最大的省区，南北相距约1550 km，跨纬度13°45′，东西相距约1950 km，跨经度22°38′，由于幅员辽阔，纬度差异大，导致气温差异也大，形成了不同的地带性植被带，由此形成了森林草原火灾发生的不同时间和空间规律。阿勒泰地区是森林草原火灾的多发地和易发区，火灾发生次数占新疆维吾尔自治区森林草原火灾发生次数的40%左右。因而，以阿勒泰地区重点高危火险区为例，进一步探讨阿勒泰地区森林草原火灾发生规律与时空分布格局，提出应对的预防与扑救对策。

1 研究地概况

阿勒泰地区深居欧亚大陆腹地，与俄罗斯、哈萨克斯坦、蒙古3 国接壤，东北部依靠阿尔金山，西南侧为准格尔盆地，中部有额尔齐斯河穿流而过，介于85°31′36″—91°04′23″E，45°00′00″—49°10′45″N 之间[1]，总面积11.8×104km2。边境线总长度为1197 km，其中，中哈边境线长396 km、中俄边境线长54 km、中蒙边境线长747 km。阿勒泰地势自东北向西南呈阶梯状递减，海拔介于224—4339 m，形成山地、谷地、盆地等折叠地貌类型，其中山地资源约占研究地区的32%，平原占22%，戈壁荒漠占46%。位于中蒙边境上的友谊峰，主峰海拔4339 m。山地分布在准噶尔盆地东北部和山麓缓坡地带。平原分布在乌伦古河河谷、额尔齐斯河河谷等河流的中下游。戈壁荒漠分布在福海县、富蕴县、哈巴河县、布尔津县及吉木乃县的局部地区。

阿勒泰位居新疆北段，受高纬度季风环流影响，气候特征为中温带大陆性气候，干燥寒冷，常年处于0.2～4℃平均水平。平原地区年均降水量131～223 mm，年蒸发量1367～2066 mm，全年日照时数在2829～3045 h 之间。阿勒泰地区的林地面积和非林地面积分别是25.8×104hm2、25.46×104 hm2，森林覆盖率约47%。其中，幼龄林、中龄林、近熟林、成过熟林分别为0.05×104hm2、0.55×104 hm2、1.69×104 hm2和7.02×104hm2[2]。阿勒泰地区主要河流均发源于阿尔泰山地，地区境内有各类冰川400 余条，总面积达到293.2 km2。冰川年储冰量为164.92×108m3，折合储水量为148.43×108m3。额尔齐斯河、乌伦古河及吉木乃山溪3 大水系流域面积达到9.57×104km2，河流年平均总径流量133.7×108m3，其中，地表径流量为122.5×108m3，占新疆维吾尔自治区地表径流量的14.7%。阿勒泰地区是全国六大林区之一，同时被国务院确定为水源涵养型山地草原生态功能区。

2 研究方法

2.1 数据收集分析

数据材料收集于新疆阿勒泰地区防火办公室和档案资料。统计2002—2018年，新疆阿勒泰地区发生森林草原火灾的相关数据，包括火灾发生时间、火灾发生地点、起火原因、起火时间等因素，对阿勒泰地区森林草原火灾发生动态特征进行分析。

运用Excel 软件，对阿勒泰地区2002—2018年间森林草原火灾的时间尺度进行统计。首先对火灾发生的年份和月份进行次数统计，分析火灾发生的周期规律。其次将一天的24 h 分为24 个时段，每个时段为1h，统计各时间段发生火灾的次数，分析一天中发生森林火灾的日时规律。根据阿勒泰地区2002-2018 间森林火灾发生地的经纬度坐标，结合期间火灾发生情况分析，运用ArcGIS 空间分析模块得出阿勒泰地区森林草原火灾空间分布特征。

2.2 数据处理应用

运用Excel 软件对森林火灾时间分布数据进行统计分析，ArcGIS10.3 软件中的Spatial Analysis 空间分析模块对森林火灾空间数据进行分析。

3 结果与分析

3.1 阿勒泰地区森林草原火灾时间分布规律

3.1.1 年份分布规律

2002—2018年以来的17a 间，阿勒泰地区共发生森林草原火灾231 起，平均每年发生火灾13.6 起。使用快速傅里叶变换（Fast Fourier transform）对火灾发生频次进行功率谱分析，结果显示在4～5a 周期上火灾发生的周期信号最为显著。

通过特定地区的林火频率和过火面积，可以推断出该地区林火状况的基本指标。17a 间，阿勒泰地区森林草原火灾面积总计2057.5 hm2（图1-a），其中2002年火灾面积1836.5 hm2，达到顶峰，占总面积的89.25%，然后趋于稳定。2002年以后，森林草原火灾面积显著降低，平均每年过火面积为13.8 hm2（图1-b）。

图1 阿勒泰地区2002-2018年森林草原火灾发生情况

2002年阿勒泰地区林草火灾面积突增的原因是在当年9月27日，布尔津县冲乎尔乡发生一起重大森林火灾，主要树种为灌木草场，过火面积约1800 hm2，持续燃烧9 天9 夜，经济损失巨大。异常高压是研究区域降水较少的原因[3]，与厄尔尼诺现象引起的干旱相反，阿勒泰地区的干旱条件与先前的拉尼娜事件显著相关。

3.1.2 月份分布规律

阿勒泰地区2002-2018年森林火灾以月为单位统计，研究其林火季节发生情况（表1）。

表1 阿勒泰地区2002-2018 各县（市）森林火灾按月分布（次）

根据阿勒泰地区防火办公室2002—2018年森林草原火灾统计报表资料表明（表1），火灾发生月份是不同的。森林草原火灾绝大部分发生在4—9月，17年来在4—9月发生的森林草原火灾218 次，占森林草原火灾发生总次数的94.37%。这是由于4—9月阿勒泰地区日照时间长，天气干燥，可燃物含水率低[4]，导致这一段时间内极易发生森林草原火灾[5]。重点成灾时期是7—8月，持续干旱，森林草原更容易发生火灾[6]，占林火发生总次数的45.45%。

阿勒泰地区森林草原火灾发生的季节基本是固定的，但有时也提前或推迟。例如在春季干旱少雨、冬季降雪偏少时，则可能提前发生森林火灾。例如，2012年阿勒泰地区共发生森林火灾17 次，由于该年春季干旱，在4月份(图2)发生的火灾达到9 次。又因夏秋季节连续旱，在深秋时节也可导致森林火灾，且往往是发生大面积森林火灾。如2002年的“9·27”冲乎尔乡森林草原火灾、2011年的“9·13”禾木森林火灾，都是在夏秋连旱时期发生的。

图2 阿勒泰地区2002-2018年各县（市）森林火灾按月分布

3.1.3 时点分布规律研究

将阿勒泰地区2002—2018年森林火灾的数据进行统计，按照24 小时日时点为标准，将记录到的火灾发生时间与发生次数进行统计分析，结果如图3。图3 可知，阿勒泰地区的森林火灾集中发生在12：00-19：00 之间，这段时间内共发生林火129 起，占森林火灾发生总次数的77.7%。其中火灾发生次数最多的时间为12 点，共22 起，因为在此时间段气温较高，空气相对湿度低，所以在此时段发生林火的概率也会随之升高。相对于大部分内陆地区，阿勒泰地区森林火灾的集中时间持续的更晚，原因是新疆地区与内地相差两个时区，19：00 对阿勒泰当地而言是傍晚的17：00，也是一天中较为干燥的时候，容易发生森林草原火灾。

图3 阿勒泰地区2002-2018年各县（市）森林火灾按日时分布

3.2 火灾空间分布规律

新疆阿勒泰地区共有7 个县市，根据阿勒泰地区2002—2018年森林火灾的统计数据，按照阿勒泰地区的行政区划，进行数据分析得出林火的空间分布规律。利用Excel 绘制出图4-a。利用ArcGIS 软件绘制出阿勒泰地区各县市火点分布图，如图4-b。

如图4 所示，阿勒泰地区森林草原火灾空间分布是极其不均衡的。2002～2018年统计数据表明，发生火灾次数最多的是布尔津县49 次，其火灾次数占总火灾次数的21.2%，排第2 的是哈巴河县46 次；最少的为吉木乃县4 次，其火灾次数仅占1.7%。全地区共发生森林草原火灾231 起，其中包括重大森林火灾1 起，较大森林火灾16 起，一般森林火灾112 起。唯一的重大森林火灾发生在布尔津县的冲乎尔乡。

图4 2002-2018年阿勒泰地区各县（市）森林草原火灾发生情况

火灾面积集中在布尔津县、阿勒泰市、哈巴河县和福海县4 个县（市），其火灾面积占全地区总火灾面积的97%。发生森林草原火灾次数最多的布尔津县现有旅游景点30 余处，是中国旅游强县、自治区全域旅游示范区，人口流动性大。布尔津县幅员辽阔，林茂草盛，木材蓄积量极高，主要是针阔叶混交林，森林面积共有12.486×104hm2，木材蓄积量2862×104m3。该区域林区偏远，森林面积大，分布集中，林区人烟稀少但流动人员多，交通不便，一旦发生森林火灾，不能得到及时扑救，往往容易酿成大的火灾。

3.3 火源分类及分布规律

森林草原火灾的起因可大致分为自然因素和人为因素两种类型，人为因素包括生产性因素和非生产性因素。在人为火源中，生产性火源仅占火源总数的19.5%，绝大部分是非生产性用火。阿勒泰地区能够引发林火的主要生产性因素包括烧荒烧炭烧杂、修建公路、开矿采煤等，主要原因是农业用火所导致的，这种火灾通常发生在农忙季节，在特殊重点时期加强管理可降低此类火因引发的森林火灾。研究区非生产性火源主要有吸烟引燃、痴呆儿玩火、燃放鞭炮等，且阿勒泰地区有丰富的草原与旅游资源，导致人为火源多，外来人员用火是引发森林火灾的主要原因。2002—2018年各县（市）火源情况（图5）表明，人为火源（野外用火、吸烟）占总火灾次数的68.8%，天然火源（雷击火、自燃）占到了总火灾次数的26.8%。

图5 2002-2018年阿勒泰地区火源发生情况

在天然火源中，阿勒泰地区由雷击火导致的森林火灾次数达到60 起，占到天然火源总次数的96.8%。雷击是重要的自然火源, 在美国、加拿大、俄罗斯等多森林国家雷击火占所有森林火灾的7%-10%[7]。阿尔泰山林区是我国两大雷击火的高发区之一，雷击天气主要出现在5-9月份，闪电分布密度较高的区域主要在研究区西北部，集中在哈巴河县、阿勒泰市和布尔津3 个县北部的阿尔泰山林区1900m 以下的较低海拔区[8]，李忠琦等认为纬度越高的林区雷击火越多。大部分闪电活动伴随着降水，但在阿勒泰地区容易出现干雷暴天气，易引发雷击火。

从雷击火时间分布看，7月份占比高达39.13%，8月份占28.26%，6月次之，占21.73%。由于所处高纬度的地理区域和干旱半干旱的气候特征[9]，加之气候异常的影响，近年来，雷击火发生次数明显增多。扑救困难的原因主要是:原始林区人烟稀少,初发火不易发现,火场偏远无路,基础设施条件差，偃松遍布，站杆倒木多，腐殖层厚，到达火场困难，扑救、清理难度大[10]。应积极开展对阿勒泰高纬度地区的雷击火预警监测，科学划分防雷区域防范等级，加强林区灭火专业化队伍建设和基础设施建设[11]，强化雷击火扑救工作。

表2，境外火发生在吉木乃县、哈巴河县各一起，均由邻国哈萨克斯坦境外火越过隔离带而导致的火情。

表2 阿勒泰地区各县（市）火源情况表（2002-2018年）

4 结论与建议

4.1 结论

2002—2018年火灾数据分析表明，阿勒泰地区森林草原火灾具有4—5年的周期变化规律，和全国森林火灾年际波动变化规律是一致的，这与气候异常对森林火灾的影响有关。对阿勒泰地区2002—2018年17a间发生的231 起森林草原火灾进行分析，结果显示：不同时间尺度下林火的发生也存在显著的变化规律。在年份尺度下，森林草原火灾发生具有4—5 a 周期的波动，这与阿勒泰地区夏季干旱3—4 a 的周期变化[12]相对吻合。虽然火灾发生频率的趋势变化不明显，但2002年后，森林草原火灾受害面积显著降低并趋于稳定。森林草原防火工作的不断加强和持续增加的防火经费投入是阿勒泰地区林草火灾受害面积减少的重要原因。

新疆森林草原火主要发生在4—9月，出现了4月和7月2 个高峰。按季节区域分析，森林草原火灾由南向北，由平原区到山地。春季4—5月，火灾多发生在平原荒漠林（草）区和河谷林区；夏季6—8月，火灾由平原及河谷转入山地；秋季9月份，火灾多发生在中山、深山区。由于降水偏少，可燃物干燥，春、夏两季成为阿勒泰地区森林草原火灾的多发季节。在季节尺度变化下，由于阿勒泰地区春、夏季节降水较少且不稳定，风多，蒸发量大，降水多在5 mm 以下，遭受春夏连旱的风险相对较大[13]，因而导致春、夏两季火灾发生次数显著升高。7—8月份火灾次数最多，4月份火灾次数次之。而9月份森林草原火灾造成的受害面积最大，因而，4月应以监测控制人为火源为主，7月和8月应以监测防控雷击火为主，9月份应以强化火灾扑救为工作重点。

严重的干旱会增加可燃物干燥度，提高森林火灾频率和燃烧面积[14]。气候变暖本身以及与之相关的干旱压力、极端高温事件和火灾季节长度的增加也会增加火灾风险[15]。本研究中，无论是火灾频发年份还是极端干旱年份的巧合性，以及相关分析结果均表明干旱胁迫与阿勒泰地区森林火灾的发生具有显著的相关性，说明研究区夏季火灾发生主要与干旱严重程度有关。与厄尔尼诺现象引起的干旱相反，阿勒泰地区的干旱条件与先前的拉尼娜事件显著相关[16]。在年际尺度上，厄尔尼诺事件导致的极端温暖和干旱的环境，也造成世界许多地区发生更多的野火，而与拉尼娜相关的火灾发生在少数地区。

4.2 建议

（1）突出重点，预警监测。阿勒泰地区森林草原火灾具有4-5a 周期的波动变化规律。气候异常导致的干旱严重程度与火灾的发生存在关联，且与先前的拉尼娜事件之间有显著相关。这要求全疆森林草原防火部门，特别是阿勒泰地区利用好现有森林火灾预警与扑救指挥系统，与气象部门密切配合，及时做好火险天气预报工作，及时发布预警信息，依据不同火险等级的响应机制，采取针对性防火措施。

（2）严控火源，预防为主。4月，生产性用火引发森林草原火灾比重偏大，要把工作重点放在农牧区生产性用火的有效管理上，加强巡护巡查，对重点区域严明责任、落实措施。5月，野外用火不慎导致森林草原火灾的事故居多，要严防人为火源，深入农牧区广泛开展防火宣传，增强群众的消防安全意识，做到家喻户晓。要严格控制野外用火，减少火灾隐患。6－8月，工作重点在以山地森林草原高危火险区为重点的火源监控，特别是雷击火防范和高效扑救，靠前驻防。建立雷击火早期预警系统，结合卫星监测、暸望监测、地面巡护和无人机侦察，形成立体瞭望监测网。9月，以监测控制人为火源为主，强化火灾扑火工作，做好扑救大火的各项准备工作。

（3）增强阻隔，营建生物防火林带。充分利用西伯利亚落叶松林的阻火性能，在林缘营造生物防火林带。在天山林区，针对森林草原镶嵌分布的特点，在林缘一侧开设防火阻隔带，既能阻止草原火烧入林内，同时又能与公路、河流配合，构成综合阻隔林网。

（4）技术支撑，装备提升。充分发挥高新技术装备在森林草原火灾预防与扑救工作中的优势。水是最有效的灭火剂，应摸清可用水源地，增加以水灭火装备，发挥以水灭火的效灭火手段，加强空中扑火能力建设，增加直升飞机的数量，开展吊桶灭火工作。积极引进无人机巡查技术、雷电探测技术、视频监控技术等新装备、新技术，不断增加专业队伍能力建设。