山东省森林火灾时空分布及火源特征研究

2023-09-15吕常笑秦乃花崔晓坤张园利

森林防火 2023年2期

吕常笑秦乃花李萍崔晓坤张园利吴可★

（1.山东省国土空间规划院，山东济南 250014；2.济南新绿豪设计有限公司，山东济南 250014）

森林火灾使生态系统结构和功能发生动态变化[1-3]，并在很大程度上影响了环境健康、人类生活和区域经济[4-5]。全球每年发生森林火灾约22 万次，每年森林燃烧面积达3.5×106hm2，每年的最大火灾规模和燃烧面积也都出现上升趋势[6-7]。因此，森林火灾长期以来一直是生态学研究的重点，并作为全球环境变化的一个组成部分而日益受到关注[8-9]。火灾特征通常包括火灾频率、规模和模式[10]。火灾频率是指在特定时间段内特定区域内发生的火灾事件数量[11-12]；火灾规模是指燃烧面积的大小，火灾模式是关于燃点或燃烧斑块的空间分布模式[13]。我国对森林火灾的发生、影响因素和分布特征进行了一些研究。有学者[14]研究了黑龙江省森林火灾动态，并分析了影响火灾分布的因素。李艳梅等[15]根据森林面积和树种组成的数据评估了各省的森林火灾风险。田晓瑞等[16]对大兴安岭地区发生雷击火灾的条件进行了分析，发现雷击火灾主要发生在火灾危险性高、雷电活动频繁且无有效降雨的白天。张运林等[17]对西南地区2001—2017 年的森林火灾进行分析发现，火灾次数、火灾面积和受害森林面积等在不同省市和空间差异显著。

探索森林火灾特征对火灾预测和保护森林安全至关重要[18-19]，也可以更好地了解火灾的影响以及对森林景观管理决策提供基础信息[20-21]。针对当前森林防火的严峻形势，如何减少森林火灾发生次数，降低森林火灾损失，是森林防火工作的重点。因此本文以山东省森林火灾数据进行分析研究，探讨森林火灾发生的时间、分布规律和特点，为山东省森林火灾防治工作提供可靠的信息支撑。

1 研究区概况

山东省位于我国东部沿海、黄河下游，北纬34°22.9′～38°24.01′、东经114°47.5′～122°42.3′之间。全省陆域面积15.58 万km2，海洋面积15.96 万km2。山东省的气候属于暖温带季风气候，冬天寒冷干旱，夏季炎热多雨，降水大部分集中于夏季。省内东西气温相差较大，鲁北和胶东的无霜期在180 d左右，鲁西南地区的无霜期最多可有220 d。省内植物资源丰富，森林面积为330 万hm2，森林覆盖率20.90%。山东境内有各种植物3 100 余种，其中野生经济植物645 种。树木600 多种，分属74 种209 属，以北温带针、阔叶树种为主。各种果树90 种，分属16 科34 属，山东因此被称为“北方落叶果树的王国”。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

1993—2020 年的山东省森林火灾数据来源于山东省森林和草原火灾风险普查平台，包括火灾发生次数、火灾等级、起火原因、火灾发现时间、火场总面积、发生火灾的地形等指标。

2.2 研究方法

运用Excel 2003 和Arcgis 10.2 软件，采用归纳总结和对比分析的方法，对1993—2020 年山东省森林火灾年际变化、时间分布特征、火源特征、空间分布进行分析。总结森林火灾时空分布和火源特征，提出相关建议。

3 结果与分析

3.1 山东省森林火灾时间特征

3.1.1 森林火灾年际变化特征

根据山东省1993—2020年森林火灾统计结果，山东省共发生森林火灾473次，包括一般火灾320次，较大火灾151次，重大火灾2次，总体呈现出逐年上升的趋势，其中一般火灾的上升趋势最为明显；较大森林火灾在2011年发生次数最多，为21次，以2007年为分界线，之后的每年发生一般火灾次数普遍多于2007年之前；重大森林火灾仅发生2次，分别在2011年和2013年。

图1 发生森林火灾次数年际变化Fig.1 Interannual changes in the frequency of forest fires

1993—2020年山东省森林火场总面积年际变化趋势如图2所示，2011、2013、2014、2018年和2020年火场总面积较大。其中火场总面积在2011年达到最大，高达697.57 hm2；2013年火场总面积次之，为509.68 hm2；1997年的火场总面积最小，仅有0.13 hm2。

图2 火场总面积年际变化Fig.2 Annual variation of the total area of the fire site

3.1.2 森林火灾月份和季节变化特征

表1为1993—2020年山东省森林火灾次数和火场总面积月份和季度的变化趋势。由表1可知，发生火灾最多的季度为春季，高达326次，占火灾总数的68.92%；其次为冬季，发生火灾次数为109次，占火灾总数的23.04%；次数最少的为夏季，共发生火灾13次，仅占火灾总数的2.75%。森林火灾次数最多的月份为4月，高达166次；其次为3月，发生火灾次数为135次；发生火灾最少的月份为8月，仅有1次。从1993—2020年，森林火灾面积一共为3 086.91 hm2。其中，火场总面积最大的为4月份，高达1 635.41 hm2；其次为3月份，总面积为878.18 hm2。火场总面积最小的为8月份，仅有1 hm2。按季度比较（图3），火场总面积最大的为春季，总面积高达2 638.65 hm2；其次为冬季，总面积为339.5 hm2；火场总面积最小的为秋季，为48.62 hm2。

表1 山东省森林火灾月份和季节变化特征Tab.1 Monthly and seasonal characteristics of forest fires in Shandong Province

图3 森林火场总面积季节变化规律Fig.3 Seasonal variation pattern of total forest fire area

3.1.3 森林火灾时段变化特征

由图4可知，从10时到17时，是火灾的高发期。从1993—2020年，在上午10时到下午18时期间，共发生火灾347次，占火灾总数的73.36%。12～14时是火灾发生频率最高的时段，共发生火灾123次，占火灾总数的26.00%；其次是14～16时，共发生火灾102次，占火灾总数的21.56%；从18～次日凌晨0时，共发生火灾28次，占火灾总数的9.09%，平均每小时4.7次；0～2时，出现火灾小高峰，发生火灾29次，平均每小时发生14.5次；凌晨2时到早晨8时是火灾发生最低的时段，从1993～2020年，共发生火灾20次，占火灾总数的4.22%。

图4 森林火灾时段变化规律Fig.4 The temporal variation pattern of forest fires

3.2 森林火灾火源特征

根据《历史森林和草原火灾调查技术规程》，火源类型分为4种类型，人为火、自然火、火源不明和境外烧入，但是山东省不与其他国家接壤，故火源类型分为人为火、自然火和火源不明3大类。由图5a可知，引发火灾最高的火源为人为火，占火灾总数的73.78%。在人为火类型中非生产用火的占比最大，其次是火源不明，占火灾总数的23.47%，占比最小的为外省（市、县）烧入；引发火灾最低的火源类型为自然火，仅为火灾总数的2.75%。

图5 火源类型统计Fig.5 Fire source type statistics

根据《历史森林和草原火灾调查技术规程》，把火源类型进行三级分类。由图5b可知，引发火灾最大的原因就是祭祀用火，占火灾总数的27.3%，其次为火源不明，占23.5%；火源比例较少的为工矿用火（0.4%）、痴呆弄火（1.1%）、其他自然火（1.7%）、未成年人玩火（1.9%）、外省（市、县）烧入（1.9%）。

3.3 森林火灾空间分布特征

如图6所示，森林火灾发生点主要分布在海拔较高地区，平原地区火灾较少。主要分布在青岛市、日照市、泰安市、烟台市和淄博市的山区，发生火灾次数最多的县区为岚山区，曾发生过110次森林火灾，占火灾总数的23.47%；其次为博山区，曾发生过53次森林火灾；沂源县曾发生23次森林火灾，淄川曾发生21次，崂山区曾发生森林火灾19次。

图6 山东省森林火灾空间分布Fig.6 Spatial distribution of forest fires in Shandong Province

4 讨论

近年来，山东省火灾发生频率呈上升态势。一方面，全球变暖导致森林火灾活动和风险增加[22]。另一方面，一些极端天气（长期干旱等）可能导致森林火灾季节和火灾面积扩大[23]。2011 年的火场总面积达到最大，分析原因可能是因为2011 年发生的火灾次数和规模都较大，共发生21 次较大森林火灾和1 次重大森林火灾。2019 年虽然发生的森林火灾次数最多，但是火灾规模总体偏小，共发生54 起一般火灾，11起较大火灾。

山东省森林火灾主要发生在春季，发生森林火灾概率较小的为夏季。春季东南风盛行，温度回升迅速，降水少，气候干燥，相对湿度最小。一方面春季可燃物含水率会随着降水的减少，温度的升高而降低，且可燃物含水率与森林火灾密切相关[24-25]。另一方面，清明节在春季，会有一些上坟烧纸、焚香等祭祀活动，极易引发火灾，因此春季为山东省森林火灾高发期。山东省夏季降水较多，植物生长茂盛，可燃物含水率高，不易发生森林火灾。

根据对山东省森林火灾发生时段的研究发现，10～18 时是森林火灾的高发期，主要是因为白天时间，人类活动较多。0 时出现了火灾小高峰，火灾次数相对较多，猜测是由于人们大多数都进入熟睡状态，外出活动较少，不易发现火灾[25]。凌晨2 时到早晨8 时是火灾发生次数最低的时段，在此时间段，温度较低，空气湿度大，可燃物的含水率增加，降低了火灾发生的频率。

通过对山东省森林火源类型进行统计分析，火灾类型以人为火为主，说明大部分火灾都是由人类活动引起的，这与马楠楠等[26]的研究结果一致。一方面祭祀用火作为引发森林火灾最主要的原因，应引起足够的重视。另一方面，直接决定林区人为活动水平的人口不足从而造成人为火的发生[27-29]，猜测未能对可能引发森林火灾的行为进行制止和劝阻。

通过对山东省森林发生空间特征进行统计分析，火灾通常发生在海拔相对较高的山区，因为森林覆盖率较高，可燃物较多，一些人类活动（祭祀用火、野外吸烟、家火上山等）极易引发森林火灾。由于山地丘陵地区高低起伏较大，会让森林火的行为变化加快，且容易引发较大森林火灾甚至是重大森林火灾。与山区相比，平原地区的可燃物较少，耕地和住宅较多，森林较少，部分城市针对森林的防火措施较完善。

5 对策建议

5.1 强化野外火源管控

火灾的发生大部分由人为火引起，祭祀用火为最主要的原因。相关部门应对上坟烧纸、野外抽烟、野外烧烤等火源类型进行重点管控；进山人员禁止携带火种，增加巡逻人数和次数。此外相关部门应向民众普及预防森林火灾的有关知识，增强对森林火灾的警觉性。

5.2 做好森林可燃物管理

森林可燃物的性质取决于构成森林的植被类型，植被类型直接影响森林中可燃物的数量[30]。有研究表明[31]大多数针叶林和混交林由于森林可燃物丰富而具有很高的火灾风险，尤其是当这些森林距离居民区较近时，即使非极端天气条件下，这些森林也容易发生火灾强度高的树冠火灾。所以定期采取措施减少森林可燃物的积累，在一定程度上可以降低甚至阻断火势，降低火灾发生的可能性[32]。

5.3 精准划分管控时段

在每年春季，火灾发生的频率较高，因为中国传统节日清明节在春季，会有一些上坟烧纸、焚香等祭祀活动，还有春季农耕用火，都极易引发火灾。在一天中，发生森林火灾频率最高的时间段是上午10 时到下午18 时，主要是因为白天时间，人类活动较多。相关部门应针对森林火灾高发时段进行管控，增加巡逻人员，及时发现和报告林火情况，减少森林火灾的发生。

5.4 重点防控火灾易发区

制定森林火灾风险评估方法，对山地、丘陵等火灾易发区而言尤为重要。可靠的火灾风险评估可以作为有效预防、抑制火灾、居民疏散和资源保护的基础[33]。探索火灾发生可能性并进行火灾风险评估将有助于减少森林火灾[34]。防火隔离带的密度和宽度也严重影响着火灾概率和火灾风险[35]。防火隔离带的设计应结合地形、火灾风险和社区边界因素，以提高其缓解和保护效率。此外还应在火灾易发区加强森林防火基础设施建设，如瞭望台等，增强专业消防队伍建设力度，加强巡查，做到防患于未然。

森林管理者应优先在居民区附近的火灾后地区种植耐火树。此外，还应采取其他措施来降低火灾发生的可能性，例如优化森林结构。这些策略不仅恢复了火灾后地区森林生态系统的功能，还增强了这些地区的防火能力。通过建立社区应急管理组织、设置人员疏散点、开展疏散演练和培训，可以提高居民对火灾的反应能力[36]。