黑龙江省草原火时空分布

魏云敏 孙家宝 袁强

摘要：  本文主要以AQUA MODIS卫星遥感影像为主要数据源，应用地理信息数据分析技术对黑龙江省2002～2017年草原火发生时间和空间变化进行分析，结果表明：从季节尺度变化分析，春季是黑龙江省草原火的高发期，过火面积最大，变化范围为105.00～30130.25 km2，秋季次之，夏季草原过火面积较春季和秋季都小，变化范围为17.00～1 744.75 km2；全省年际草原火面积平均为（9 374.17±9 812.97）km2，变化范围为1 603.25～33 515.75 km2，存在极显著增加趋势；从空间分布可见，春季、夏季和秋季火点集中分布区域均在松嫩平原草原区齐齐哈尔和大庆。

关键词：  遥感影像；  草原火；  时空分布

中图分类号：   S 762. 3               文献标识码：   A                文章编号：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

草原火灾是一种突发性的自然灾害，其破坏性大，给草原地区的经济发展、社会安定带来巨大影响，严重制约畜牧业生产稳定发展，同时也对人民的生存环境构成严重威胁[ 1 ]。我国草原面积广大，总草原面积416万km2，占国土总面积的43.3％。我省现有草原面积207万hm2，主要分布于松嫩平原、三江平原和中、北部的山区半山区，草原火灾时有发生[ 2 - 4 ]。近年来我省加强草原的保护工作，随着退耕还草及禁牧等保护措施的开展，草原可燃物逐年积累，草原火灾发生的风险逐渐加大[ 3 - 4 ]。

据国外相关文献报道，北美大草原火发生时间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发生在晚春和夏初[ 6 - 7 ]。在我国，从时间差异上看，草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季。从地域分布上看，降水较少、风速较大的内蒙古、黑龙江、吉林、青海和新疆等也是重特大草原火灾的发生地[ 2 ]。我国内蒙古草原地区是草原火极为活跃的地区，关于内蒙古草原火的时空格局及影响因子等方面已有一些研究报道[ 8 - 12 ]，包括呼伦贝尔草原火的季节变化規律[ 8 - 9 ]；新巴尔虎草原火的时空分布特点[ 10 ]；内蒙古草原火的特点、危害、时空分布规律及主要影响因素[ 11 - 12 ]；中蒙边境地区草原火的时空分布特征研究[ 13 ]等等。关于黑龙江省草原火的研究少见报道，而且这些研究大多集中在局部地区或较小时间跨度上，未能利用遥感影像在宏观尺度上反映内蒙古草原火的时空分布规律。因此，对黑龙江省草原火灾发生的时空分布格局进行分析，利用遥感影像研究其时空变化规律，为进一步开展草原火监测预警、草原火生态等研究提供理论基础，具有重要的科学意义，以期为森林草原管理部门开展草原火的预防治理工作提供指导和科学参考依据。

1 材料与方法

1. 1 研究区域概况

黑龙江省介于121°11'～135°05'E，43°26'～53°33'N，气候属温带大陆性季风气候，雨热同季，气温纬向变化明显，由南向北递减；湿度经向变化明显，由东向西递减。全省年平均气温为-6～4℃，年极端最高温为41.6℃，极端最低温为-52.3℃；全年平均降水量400～600 mm，年日照时数一般在2 300～2 800 h；风能资源丰富，春季大风日最多，多发生在松嫩平原和三江平原。

黑龙江省草地主要分布在松嫩平原，草地类型以草甸类草地和干草地为主，草地植被覆盖度平均约70%，以羊草（Leymus chinensis）、星星草（Puccinellia  tenuiflora）、野古草（Arundinella  anomala）、针茅（Stipa capillata）、冰草（Agropyron cristatum）等为主要优势种。

1. 2 数据来源及处理

1. 2. 1 地面监测数据

本研究利用2次地面监测火点数据验证MCD64A1数据的精度，地面监测地点和过火面积见表1。

1. 2. 2 地理信息数据

数字高程模型（DEM）为SRTM地形产品V4.1版本数据，数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站（http：//www.gscloud.cn），空间分辨率为90 m。

研究所需省级行政区划数据来自于国家基础地理信息中心（http：//www.ngcc.cn/ngcc/）的1∶25万基础地理信息，对数据进行拓补检查，去除省界和县界的间隙。地面观测站位置数据为中国气象局下发的矢量数据，以上数据的地理投影均转换为WGS- 1984。

1. 2. 3 MCD12Q1数据产品

本研究基于MODIS的MCD12Q1数据产品（土地类型覆盖产品）的“IGBP全球植被分类方案”的分类结果提取研究区自然植被分布范围，该数据原始空间分辨率为500 m。研究中将MCD12Q1数据分类结果分为自然植被（森林、灌木林地、草地、湿地）和非自然植被（包括城市用地、农田、水体和雪地）。

1. 2. 4 MCD64A1数据产品

MCD64A1数据是MODIS数据的燃烧面积累计月合成值产品，原始空间分辨率为500 m，包括燃烧日期、燃烧数据、质量确认等5个文件。在燃烧日期文件中的DN值含义如表2。

把地面监测的起火位置叠加到MCD64A1数据对应日期的图层上，结果显示，2次起火位置均准确落入MCD64A1数据代表的燃烧点上，利用MCD64A1数据计算的燃烧面积分别为14.21 km2和20.56 km2，误差率分别为-3.46%和-7.02%，可见MCD64A1数据可以作为分析东北地区火时空动态特征的数据源。为避免重复统计火点次数，把当年同一地点发生多次火点记录记为1次。

本研究使用MODIS Reprojection Tool software（MRT）V4.0[ 14 ]进行影像的拼接、重采样（统一空间分辨率为500m）和投影转换（由Sinusoidal投影转换为经纬度投影）等预处理。

2 结果分析

2. 1 黑龙江省草原火分布时空变化

2. 1. 1 草原火的时间尺度差异

（1）季节尺度变化分析

四季划分标准为：3～5月春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季，1月、2月和12月为冬季。分别统计2002～2017年春季、夏季和秋季黑龙江省草原过火面积时间变化特征（图1），春季是草原火的高发期，过火面积最大，变化范围为105.00～30 130.25 km2，平均为（5 990.48±8 146.33）km2，年际波动大，存在极显著增加趋势（P=0.016），而且2014年以后过火面积明显增加；秋季草原过火面积小于夏季，变化范围为131.00～10 687.50 km2，平均为（3 111.69±2 969.55）km2，年际波动大，存在显著增加趋势（P=   0.045），其中2014年和2015年秋季过火面积较大；夏季草原过火面积较春季和秋季都小，变化范围为17.00～1 744.75 km2，平均为（272.00±396.89）km2，总体过火面积存在一定的减少趋势（P=0.472），其中2007年夏季过火面积明显高于其他年份，除去2007年外，其他年份的过火面积总体变化趋势不显著。

（2）年际尺度变化分析

草原火灾的发生受人为或气候等多种因素的影响，每年会出现较大的波动[ 8 ， 11 ]。分析图2可见，2002～2017年全省年际草原火面积平均为（9 374.17±9 812.97）km2，变化范围为1 603.25～33 515.75 km2，存在极显著增加趋势（P=0.008 1），平均增加量为1 353.80 km2/a，其中2014年、2015年和2017年草原火面积明显高于其他年份，变化范围为2 38.75～33 515.75 km2，2003年和2012年相对较少。

2. 1. 2 草原火的空間分布特征

黑龙江省草原按草原类型、自然因素和行政界限等因素进行分类，分为松嫩平原草原区、三江平原草原区、山区半山区草原区三大平原区。图3显示了2002～2017年间黑龙江省全部草原火点的分布，分析可见，火点主要集中在齐齐哈尔和大庆所在区域，这也是全省草原分布最集中的区域。统计“图3-全年”可见，全省在研究时间共有草原火点1 264个，其中松嫩平原草原区有1230个，山区半山区草原区有15个，三江平原草原区有19个。从空间分布可见，春季、夏季和秋季火点集中分布区域均在齐齐哈尔和大庆。

利用标准差椭圆方法分析2002～2017年黑龙江省草原火点分布的空间分布格局（图4），从分布方向上看，草原整体以东-西方向为主导，方位角为64.70°，与草原分布地理中心的夹角为12.73°；空间分布中心（124.60°E，46.75°N）与黑龙江省地理中心（125.52°E，47.00°N）距离为75.23 km，位于地理中心的西南方向；轴比（极化椭圆的长轴与短轴的比值）为1.12，比草原分布轴比小0.41。

3 结论与讨论

本文采用历史草原火灾资料调查，结合TERRA 和 AQUA MODIS卫星遥感影像的方法，对黑龙江省2002～2017年草原火发生时间和空间变化进行分析，主要结论如下：

3. 1 从季节尺度变化分析，春季是黑龙江省草原火的高发期，过火面积最大，变化范围为105.00～  30 130.25 km2，秋季次之，夏季草原过火面积较春季和秋季都小，变化范围为17.00～1 744.75 km2；

3. 2 2002～2017年全省草原年平均过火面积为（9 374.17±9 812.97）km2，存在极显著增加趋势，其中2014年、2015年和2017年草原火面积明显高于其他年份。春季是草原火的高发期，年平均面积为（5 990.48±8 146.33）km2，年际波动大，存在极显著增加趋势。

3. 3 从空間分布可见，春季、夏季和秋季火点集中分布区域均在齐齐哈尔和大庆。利用标准差椭圆方法分析2002～2017年黑龙江省草原火点分布的空间分异格局，从分异方向上看，草原火整体以东-西方向为主导。

黑龙江省是林业大省，全省森林面积2  147万hm2，森林覆盖率47.3%，而草原面积207万hm2，仅占全省国土总面积的4.4%，因此，黑龙江省草原研究工作没有得到足够重视，特别是草原火干扰方面研究资料相对较少，但黑龙江省草原在维护生物多样性、景观设计、畜牧业发展等方面起到了重要的作用，因此，必须加强草原保护和监测，防止草原火的发生，减少草原火对环境、财产造成的损失。

在本研究中利用遥感影像只分析了黑龙江省草原火的时空分布，由于设计和条件的限制，未对其影响因素进行分析，而影响因素对草原火的防治过程起到了重要作用[ 8  ， 14 - 15 ]，在以后的研究逐步加入气候因子、人为因子等影响因素，使黑龙江省草原时空分布分析更完善。

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