全 文 ：基于 NBR指数分析大兴安岭呼中森林
过火区的林火烈度*
王晓莉1,2 摇 王文娟1 摇 常摇 禹1**摇 冯玉婷1,3 摇 陈宏伟1 摇 胡远满1 摇 池建国4
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110016; 2中国科学院大学, 北京 100049; 3辽宁省
环境科学研究院, 沈阳 110016; 4内蒙古大兴安岭林业科学研究所, 内蒙古牙克石 022150)
摘摇 要摇 基于 TM影像和 3S技术手段,利用 NBR指数对 1986—2010 年大兴安岭呼中林区森
林过火区林火烈度进行了定量评价,分析了林火烈度与植被类型、海拔、坡度和坡向等环境因
子的关系.结果表明: 呼中林区的林火发生次数和面积年际变化明显,每年 6—8 月是林火的
高发期,重度火烧区占总过火面积的 84. 2% .过火区中,兴安落叶松林占 89. 9% ;海拔 1000 ~
1500 m区域占 68. 8% ;东、南、西、北 4 个坡向的过火面积占 62. 5% ,阴、阳坡过火面积差异不
明显;坡度 15 ~ 25毅的斜坡区域过火面积占 38. 4% . 不同程度林火烈度的过火面积由大到小
依次为重度火>中度火>轻度火>未过火,其中,重度火过火面积>70% ,中度火过火面积在
10%左右,轻度火和未过火的过火面积<5% .呼中林区林火烈度以重度火为主,对森林资源的
破坏程度极大.在大兴安岭林区的林火管理中,应尽早开展森林可燃物处理工作,以降低林火
烈度,保障森林生态系统的安全.
关键词摇 林火烈度摇 归一化火烧指数(NBR)摇 环境因子摇 过火面积摇 遥感摇 大兴安岭呼中林区
*国家自然科学基金项目(31070422,41201185,41271201)和中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050201)资助.
**通讯作者. E鄄mail: changyu@ iae. ac. cn
2012鄄06鄄28 收稿,2013鄄01鄄26 接受.
文章编号摇 1001-9332(2013)04-0967-08摇 中图分类号摇 Q149摇 文献标识码摇 A
Fire severity of burnt area in Huzhong forest region of Great Xing爷an Mountains, Northeast
China based on normalized burn ratio analysis. WANG Xiao鄄li1,2, WANG Wen鄄juan1, CHANG
Yu1, FENG Yu鄄ting1,3, CHEN Hong鄄wei1, HU Yuan鄄man1, CHI Jian鄄guo4 (1Key Laboratory of For鄄
est and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016,
China; 2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3Liaoning Academy of En鄄
vironmental Sciences, Shenyang 110016, China; 4Institute of Forest Research in Great Xing爷 an
Mountains, Yakeshi 022150, Inner Mongolia, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(4): 967-974.
Abstract: Based on the TM images and 3S technology, and by using normalized burn ratio
(NBR), this paper quantitatively evaluated the fire severity of burnt area in Huzhong forest region
of the Great Xing爷an Mountains from 1986 to 2010, and analyzed the relationships of the fire sever鄄
ity with environmental factors such as vegetation type, elevation, slope, and aspect. In Huzhong
forest region, the fire occurrence frequency and total burnt area had an obvious inter鄄annual
change. High incidence of forest fire was from June to August, and heavily burnt area occupied
84郾 2% of the total burnt area. In the burnt area, larch forest accounted for 89. 9% . 68. 8% of
burnt area located at the elevations from 1000 m to 1500 m, and 62. 5% located in eastern, south鄄
ern, western, and northern slopes. There was no obvious difference in the burnt area between sunny
and shady slopes. The burnt area at the slope degrees 15毅-25毅 occupied 38. 4% of the total. High
severity burnt area was the largest (70% of the total), followed by moderate severity burnt area
(about 10% ), and low severity burnt area and un鄄burnt area (<5% ). The majority of the forest
fires in Huzhong forest region were of high severity fire, which caused great damages to the forest
resources. It was suggested that in the forest fire management in Great Xing爷an Mountains forest re鄄
gion, it would be urgent to implement forest fuel treatments to reduce fire severity to guarantee the
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 4 月摇 第 24 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2013,24(4): 967-974
forest ecosystem security.
Key words: forest fire severity; normalized burn ratio (NBR); environmental factor; burnt area;
remote sensing; Huzhong forest region of Great Xing爷an Mountains.
摇 摇 林火作为森林中极为活跃的干扰因子,对塑造
和维护森林生态系统的结构和功能起着重要的生态
作用[1] .林火烈度是指林火对森林生态系统(植被、
土壤养分和土壤理化特性)的影响 /破坏程度[2] .定
量评价林火烈度,有助于揭示林火干扰下森林生态
系统各种生态过程的发展变化和森林景观格局的形
成机制[3] .林火干扰使森林生态系统地表植被大量
死亡,在遥感影像上表现为近红外(NIR)波段的反
射率降低,中近红外 ( SWIR) 波段的反射率增
加[4-5] . 国外借助遥感手段定量评价林火烈度的研
究很多,例如:Wimberly 和 Reilly[5]基于 TM 影像和
NBR(normalized burn ratio)分析了阿巴拉契亚山脉
南部地区林火烈度与生物多样性之间关系;Verbyla
等[4]基于 TM、ETM和 NBR数据分析了太阳高度角
和地形因素对林火烈度分级误差的影响;Garc侏a鄄del鄄
Rey等[6]基于 CBI(composite burn index)分析了加
那利群岛林火烈度同火后植被更新的关系. 综合已
有研究,NBR指数对植被叶绿素和含水量变化比较
敏感,是评估火烧烈度最主要的遥感方法[7-9] .
呼中林区是大兴安岭林火发生最频繁的地
区[10] .据统计,呼中地区林火轮回期为 823 年,火源
主要是雷击火,占火因总数的 60% 以上. 1986—
2010 年间,呼中林区共发生林火 99 次,年均过火面
积 1570 hm2,最大过火面积 410 hm2 .该地区林火干
扰历史较长,有关林火的研究也相应较多,如:吴志
伟等[11] 对林火时空分布特征的研究;王文娟
等[1,12-13]对呼中林区可燃物类型和粗木残骸储量的
研究;刘志华等[14]对呼中林区火烧点格局分布与影
响因素的研究等.但是针对林火烈度分级评价的研
究较少. 本文基于 1986—2010 年 TM 影像,借助
NBR和 CBI指数,建立了呼中林区过火区及其林火
烈度空间分布数据库,分析林火烈度与环境因子的
关系,以期为大兴安岭森林防火和林火管理提供理
论依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
呼中林区地处黑龙省大兴安岭北部(51毅14忆40义—
52毅25忆 N,122毅39忆30义—124毅21忆 E),总面积 770199
hm2,海拔 500 ~ 1000 m[12,15-16] . 该地区属高纬度寒
温带地区,大陆性季风气候,光、热、水的地域性差异
明显[11,17],夏季短暂,冬季寒冷漫长,冰冻期长达半
年之久.春秋两季常出现高温、低湿和大风天气,是
林火的高发期[14,18] .全区地势西南高、东北低.土壤
主要包括棕色针叶林土、草甸土、沼泽土、河滩森林
土和石质土.地带性植被类型为寒温性针叶林,以兴
安落叶松(Larix gmelinii) 为单优势种. 主要针叶树
种有兴安落叶松、樟子松(Pinus sylvestris var. mon鄄
golica)和云杉(Picea koraiensis),以及分布于高海拔
地带的偃松(Pinus pumila);主要阔叶树种有白桦
(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、甜杨
(Populus suaveolens)和钻天柳(Chosenia arbutifolia)
等[19-20] .
1郾 2摇 数据收集及处理
本研究所用的基础数据有:研究区 1986—2010年
林火记录数据;大兴安岭林火野外调查数据(2008—
2010);研究区火后的 TM 影像(1986—2010);研究区
DEM(1 颐 10万)和林相图(1 颐 10万).
火烧记录数据来源于大兴安岭呼中林区防火办
公室,包括火烧起火点的位置、火烧面积、起火原因、
起火时间、灭火时间和过火区植被类型等. 海拔、坡
度和坡向等地形因子由 1 颐 10 万 DEM 在 ARCGIS
软件中的空间分析获得.根据 1986—2010 年火点经
纬度和过火面积记录,结合过火区波段亮度值分布,
在 ARCGIS 9. 3 中对 TM影像进行火场目视解译,建
立过火区空间分布数据库.数据统计分析采用 Excel
2007 完成.
1郾 3摇 研究方法
遥感数据因其扫描范围广、时间分辨率高、成本
低等特点而广泛应用于森林火灾监测和评估[21-23] .
林火烈度评价方法为:选取遥感光谱指数,与野外调
查获得的林火烈度调查数据相结合,进行回归分析,
并建立数量方程[7,24] .常用的林火烈度评估指数有:
NBR、dNBR、 NDVI、 TM4、 TM7、 Ratio7 / 4、 Ratio7 / 5、
Ratio4 / 5 等[25],其中 NBR和 dNBR与林火烈度间有
着很高的相关性,常用于林火烈度制图[3-4,23] .
1郾 3郾 1 归一化火烧指数 摇 归一化火烧指数(normal鄄
ized burn ratio, NBR)最早由 Lopez鄄Garcia 和 Case鄄
lles[26]对 NDVI 指数进行修改,将 NDVI 算式中的
TM3 波段用 TM7 波段代替,即: NDVI = ( TM4 -
869 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
TM7) / (TM4 + TM7),用于西班牙火烧迹地制图.
1999 年,研究者正式将其命名为归一化火烧指
数[7] . NBR的理论取值范围是 1 ~ -1,并与林火烈
度呈负相关.为了便于分析和处理,采用 1000 作为
NBR计算时转化为整数的相乘系数. 本研究利用
ERDAS 9. 2 软件提取了 1986—2010 年呼中林区所
有火场的 NBR.
NBR=(Band4-Band7) / (Band4+Band7) (1)
1郾 3郾 2 综合火烧指数 摇 综合火烧指数 ( composite
burn index, CBI)由 Key 和 Benson[27]提出,通过野
外实测调查获得.调查方法:在 30 m伊30 m 样地中,
按垂直高度分为 5 层:A)地表可燃物和土壤层;B)
草本、低矮灌木和<1 m 的小树层;C)高大灌木和
1 ~ 5 m的乔木层;D)5 ~ 20 m的次林冠层;E)>20 m
的主林冠层.在每一层中均设置 4 ~ 5 个变量,对其
目视估测,变量的取值范围为 0 ~ 3(0 代表没有火
烧;1 代表轻度火烧;2 代表中度火烧;3 代表重度火
烧),然后对各层的估测值加以综合,得到整个样地
的 CBI值[25,28] .各分层 CBI指数计算公式:
CBIi =移
n
j = 1
X ij / n (2)
式中:X ij为第 i 层第 j 个调查因子的 CBI 得分值;n
为第 i层中调查因子的总数.
样地总 CBI值计算公式:
CBI =移
k
i = 1
CBIi / k (3)
式中:CBI 为样地综合火烧指数;CBIi为第 i 层的
CBI值;k为样地的分层数.
结合大兴安岭地区森林资源的演替历史、林龄、
树种和林型等特征,对 Key 和 Benson[27]提出的调查
标准进行改进,确立了适用于该地区的 CBI野外调查
内容和评价标准表(表 1),并据此对林火烈度分级.
表 1摇 综合火烧指数(CBI)调查内容和评价标准
Table 1摇 Investigated items and evaluation criterion of composite burn index (CBI)
分 层
Vertical
stratum
林火烈度 Fire severity
未过火
Unburnt
0
轻
Low
0. 5 1. 0
中
Moderate
1. 5 2. 0
重
High
2. 5 3. 0
A 枯枝落叶 /直径 < 7. 6 cm
的死可燃物消耗
无变化 50%枯枝落叶
被消耗
100% 枯枝落叶
被消耗
80% 细可燃
物被消耗
80%细可燃物被
消耗
半腐殖质 无变化 轻度烧焦 50%消耗,深度烧 100%消耗
直径 7. 6 ~ 23. 3 cm
的粗可燃物
无变化 20%消耗 40%消耗 > 60% 消耗,
深度烧焦
直径>20. 3 cm 的大型倒
木
无变化 10%消耗 20%消耗 > 40% 消耗,
深度烧焦
新生裸露岩石 /土壤的盖
度 /颜色
无变化 10%发生改变 40%发生改变 >80%发生改
变
B 叶片变化率(% ) 无变化 30 80 95 100,有枝条消耗
存活率(% ) 100 90 50 <20 0
植物定植 无变化 低 中 高鄄低 低鄄无
物种组成 /多样性 无变化 变化小 变化中等 变化大
C 叶片变化率(% ) 0 20 60 ~ 90 >95 有明显的枝条消耗
存活率(% ) 100 90 30 <15 <1
盖度变化率(% ) 无变化 15 70 90 100
物种组成 /多样性 无变化 变化小 变化中等 变化大
D 绿色林冠(% ) 100 80 40 <10 无
黑色林冠(% ) 无 5 ~ 20 60 >85 100% ,有枝条消耗
棕色林冠(% ) 无 5 ~ 20 40 ~ 80 <40 / >80 无
林冠死亡率(% ) 无 15 60 80 100
熏黑高度(m) 无 1. 5 2. 8 >5
林木死亡率(% ) 无 15 60 80 100
E 绿色林冠(% ) 100 95 50 <10 无
黑色林冠(% ) 无 5 ~ 10 50 >80 100% ,有枝条消耗
棕色林冠(% ) 无 5 ~ 1 30 ~ 70 <30 / >70 无
林冠死亡率(% ) 无 10 50 70 100
熏黑高度(m) 无 1. 8 4. 0 >7
林木死亡率(% ) 无 10 50 70 100
A:地表可燃物和土壤层 Land surface combustible fuels and soils; B:草本、低矮灌木和<1 m高的小树层 Herbs, low shrubs and trees less than 1 m
tall; C:高大灌木和 1 ~ 5 m的乔木层 Shrubs and trees 1 to 5 m tall; D:次林冠层(5 ~ 15 m) Intermediate trees (5-15 m); E:主林冠层( >15 m)
Large trees (>15 m).
9694 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王晓莉等: 基于 NBR指数分析大兴安岭呼中森林过火区的林火烈度摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
1郾 3郾 3 林火烈度分级摇 依据林火对森林生态系统各
组分损害程度的大小[29-30],将林火烈度划分为未过
火、轻度、中度和重度 4 等级.本文根据黑龙江省森
林火烧记录,选取 2008、2009、2010 年过火面积较大
的火场,综合考虑植被类型、地形等因素和样地布设
的合理性,选取评估了 16 个火场,设置了 85 个样
地,进行野外实测,计算各样地的 CBI 指数(表 2).
综合 CBI和火后 NBR指数进行回归分析,建立 CBI
与 NBR 的线性方程:NBR = -287. 6 伊CBI +584. 55
(R2 =0. 6275,P<0. 001),然后根据 CBI 阈值确立林
火烈度等级的 NBR 阈值 (表 3) [31],据此建立了
1986—2010 年研究区中过火区的林火烈度空间分
布数据库.借助于 ARCGIS的空间分析模块,将林火
烈度图与林相图、DEM、坡度、坡向进行空间叠加,
分析林火烈度与植被类型、海拔、坡度、坡向等环境
因子的相互作用.
表 2摇 2008—2010 年样地整体 CBI统计
Table 2 摇 Statistics for the whole CBI plots during 2008 -
2010
林火烈度
Fire severity
样点数
Plots
最小值
Minimum
最大值
Maximum
均值
Mean
标准差
SD
轻度 Low 26 0. 09 1. 84 0. 81 0. 361
中度 Moderate 20 0. 98 1. 93 1. 50 0. 359
重度 High 34 1. 54 2. 91 2. 23 0. 389
表 3摇 林火烈度评估的 NBR阈值
Table 3摇 NBR threshold for fire severity assessment
林火烈度
Fire severity
NBR阈值
NBR threshold
未过火 Unburnt >585
轻度 Low 585 ~ 252
中度 Moderate 252 ~ 53
重度 High 臆53
2摇 结果与分析
2郾 1摇 呼中林区林火的年际变化
由 1986—2010 年呼中林区林火记录数据可以
看出,25 年间大兴安岭呼中林区共发生林火 99 次,
过火总面积为 39072. 36 hm2,年均过火面积为
1562. 90 hm2 .期间林火主要发生于每年春秋两季的
4—10 月.林火在 6 月和 8 月发生次数较多. 25 年时
间内,呼中林区林火年际变化显著,在 1987、1992、
2000、2005、2010 年发生林火次数较多,过火面积也
高于其他年份,其中每 5 年左右就会出现比较强烈
的林火干扰,这与以往的研究相符[32] . 除考虑气候
因子外,森林生态系统中可燃物的积累周期也是重
要因子[1],可能导致呼中地区林火次数和林火面积
比较规律的年际变化.
2郾 2摇 林火烈度分析
依据 NBR指数对 1986—2010 年呼中林区中过
火区进行林火烈度分级(图 1),并计算出每个烈度
等级的过火面积(表 4).结果表明,过火区总的过火
面积为 26782郾 11 hm2 .其中,重度火烧22552 hm2,中
度火烧 2825郾 73 hm2,轻度火烧 1386郾 45 hm2,未过
火 17. 55 hm2 . 4 个林火烈度过火面积依次减小,且
重度火烧面积为总过火面积的 84. 2% .
2郾 3摇 林火烈度与环境因子的关系
2郾 3郾 1 林火烈度与植被摇 通过林火烈度图与林相图
图 1摇 1986—2010 年林火烈度等级分布
Fig. 1摇 Distribution map of different forest fire severity classes
(1986-2010).
玉:重度 High; 域:中度 Moderate; 芋:轻度 Low; 郁:未过火 Unburnt.
下同 The same below.
表 4摇 各年不同林火烈度等级的面积
Table 4摇 Area for various forest fire severity classes (hm2)
林火烈度
Fire
severity
年 份 Year
1986 1988 1989 1992 1994 1996 1997 2000 2002 2004 2006 2007 2008 2010
玉 1134. 90 238. 50 0 4. 95 0 447. 30 26. 46 11313. 72 349. 02 554. 85 1365. 39 87. 21 0 7030. 08
域 0 4. 77 0 1. 80 0 0 39. 87 1247. 04 75. 42 0 0 44. 82 95. 76 1316. 25
芋 0 2. 79 0 0. 18 0 0 59. 85 489. 96 61. 74 0 0 5. 58 87. 84 678. 51
郁 0 0 0 0 0 0 13. 14 0 0. 09 0 0 0 0 4. 32
玉:重度 High; 域:中度 Moderate; 芋:轻度 Low; 郁:未过火 Unburnt. 下同 The same below.
079 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
叠加分析,得到不同植被类型上不同林火烈度等级
的过火面积(表 5). 兴安落叶松是呼中林区的代表
性森林植被[33],占整个林区面积的 75% ,因而火点
分布最多,过火区面积居于首位;其次为面积分布较
广的白桦林;偃松林和樟子松林分布面积均<1% ,
因而过火面积比较小. 不同烈度等级的林火在各植
被类型上的分布均为重度火>中度火>轻度火>未过
火,并无显著差异.林火烈度与植被类型之间是否具
有显著相关性,需要大量的野外调查来验证.
2郾 3郾 2 林火烈度与坡度摇 坡度 5毅、15毅、25毅是土壤侵
蚀发生变化的转折点[34],据此,将坡度分为 4 级:平
坡( <5毅)、缓坡(5 ~ 15毅)、斜坡(15 ~ 25毅)和陡坡
(>25毅).不同坡度梯度上,过火区内不同林火烈度
所占的面积(图 2)有显著差异,为斜坡>平坡>缓坡
和陡坡.在平坡上,含柴桦(Betula fruticosa)的小叶
樟(Deyeuxia angustifolia)、苔草(Carex spp. )草甸是
主要植被,其分布面积占呼中林区总面积的 20% ,
且地形平坦,人类活动干扰剧烈,林火发生频率高,
林火扩散速度快,过火面积也相对高于其他坡位;在
斜坡上,主要分布兴安落叶松纯林,缓坡和陡坡的植
被也以兴安落叶松纯林为主,但这两个坡度级本身
占地面积较小,因此过火面积也较小.各坡度级,林
表 5摇 不同植被类型林火烈度的过火面积
Table 5摇 Area for various forest fire severities of burnt are鄄
as in different vegetation types (hm2)
植被类型
Vegetation type
林火烈度 Fire severity
玉 域 芋 郁
兴安落叶松林 Gmelinii forest 19700. 55 2108. 79 880. 56 4. 23
白桦林 Platyphylla forest 331. 47 86. 13 46. 53 0. 09
偃松林 Pumila forest 46. 44 16. 29 20. 70 0. 09
樟子松 林 P. sylvestris var.
mongolica forest 0. 27 0 0 0
云冷杉林 Spruce鄄fir forest 104. 31 30. 06 31. 68 0
图 2摇 不同坡度上各林火烈度等级的过火面积
Fig. 2摇 Burnt area for various forest fire severities on different
slopes.
火烈度过火面积均为重度火>中度火>轻度火>未过
火.在平坡、缓坡和斜坡,重度火过火面积均>85% .
2郾 3郾 3 林火烈度与坡向摇 依据坡向值( -1 ~ 360)分
级,将坡向划分为 9 类:无坡向(-1)、北(0 ~ 22. 5,
337. 5 ~ 360)、东北 (22. 5 ~ 67. 5 )、东 (67. 5 ~
112郾 5)、东南(112. 5 ~ 157. 5)、南(157. 5 ~ 202. 5)、
西南(202. 5 ~ 247. 5)、西 (247. 5 ~ 292郾 5)、西北
(292郾 5 ~ 337郾 5).阳坡一般为南、西南、西、东南;阴
坡为东北、东、北、西北.统计各个坡向上不同林火烈
度等级的过火面积(图 3),可以看出各坡向过火面
积由大到小依次为:东>北>无坡向>南>西>东北>
东南>西北>西南,阴坡过火面积稍大于阳坡,差异
不明显.坡向过火面积可分为两类,第 1 类为:无坡
向、西、北、东、南,第 2 类为:东北、东南、西北、西南.
就植被类型而言,无坡向地区所对应的植被类型为含
柴桦的小叶樟、苔草草甸,其他各坡向植被类型以兴
安落叶松纯林为主.各坡向,林火烈度过火面积均为
重度火>中度火>轻度火>未过火,其中重度火过火面
积占总面积的 80%以上,其他烈度林火所占比重均
很小.
2郾 3郾 4 林火烈度与海拔 摇 根据中国山地划分标
准[35],将 DEM分为 500 ~ 1000 m 和 1000 ~ 1500 m
两类. DEM与林火烈度图层叠加分析可知,25 年间,
呼中林区过火区主要分布在海拔 500 ~ 1500 m(图
4),植被类型以兴安落叶松纯林为主. 海拔 0 ~
500 m的区域内无火烧面积,1000 ~ 1500 m 的过火
面积为 17474. 76 hm2,占总过火面积的 68. 8% . 影
响植被燃烧性的因子主要为温度和降水,随海拔升
高 100 m,温度会降低 0. 65 益 [36] . 高海拔造成林内
温度低,使得地被物含水率大,不易燃烧,林火多集
中于 6—8 月,高海拔地区林分中有更多的灌丛和草
图 3摇 不同坡向上各林火烈度等级的过火面积
Fig. 3摇 Burnt area for various forest fire severities on different
aspects.
1794 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王晓莉等: 基于 NBR指数分析大兴安岭呼中森林过火区的林火烈度摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 不同海拔上各林火烈度等级的过火面积
Fig. 4 摇 Burnt area for various forest fire severities at different
elevations.
本植物,可燃物积累比较多,高温高热的天气使得可
燃物含水量很低,容易引起火灾,林火扑救难度也较
大,这可能造成大面积林火. 各海拔梯度上,林火过
火面积大小依次为重度火>中度火>轻度火>未过
火,且在 1000 ~ 1500 m,重度火和中度火的过火面
积约为 500 ~ 1000 m上的 2 倍.
3摇 讨摇 摇 论
统计分析发现,1986—2010 年间,大兴安岭呼
中林区林火过火面积达 39072. 36 hm2,林火的季节
变化明显. 6—8 月为林火高发期,占总发生次数的
81% .以往研究表明,采用 NBR进行林火烈度分级,
分类精度可达 53% ~81% [37],重度火分类精度可达
70. 7% ~89. 1% [23],但火后遥感影像上光谱移位误
差会降低使用火后 NBR 进行林火烈度分级的精
度[4] .因此,本文综合 CBI 和 NBR 指数进行回归分
析,进而确定林火烈度分级阈值,避免了单独使用
NBR进行林火烈度分级的不精确性,有效地减小了
分级误差.本文所确立的林火烈度 NBR 分级阈值,
未来可以作为黑龙江或大兴安岭其他地区林火烈度
分析与评价的参考信息,辅助林业管理部门建立大
兴安岭地区林火烈度空间分布数据库,改进林火管
理效率.
呼中地区林火烈度分析表明,68. 6%的林火面
积可以借助于 NBR 指数提取出来,小面积林火在
TM影像上的解译难度比较大. 呼中林区林火烈度
分级显著,重度火过火面积达总林火过火面积的
84. 2% ,其他烈度等级影响区域面积较小.综合考虑
林火烈度和环境因子的相互作用,除云冷杉林外,林
火面积和林火烈度同呼中地区各植被分布面积正相
关,过火面积均>65% . 对坡度、坡向和海拔等立地
因子进行梯度分级,斜坡处林火发生频率最高,面积
最大,林火烈度分级最显著. 吴志伟等[11]的研究也
表明,呼中地区低坡度级发生林火次数最多,但
10 ~ 25毅区域上过火面积>60% . 坡向和海拔因子与
林火烈度的相关性不明显,吴志伟等[11]认为原因是
呼中地区山体浑圆,坡度平缓,高海拔地区各个坡向
林地分布均匀,且遭遇雷击火概率大,造成林火干扰
频繁发生.过火区域内重度火烈度的干扰作用最显
著,对森林生态系统的损害最严重.林火发生概率同
地表死可燃物载量正相关[18],长期的灭火和防火措
施使呼中林区地表可燃物大量积累,林业管理部门
应有计划地清理森林可燃物,以降低火强度和火灾
发生时释放的能量.
有关研究表明,NBR 值与林火持续时间和森林
生态系统生物量损耗之间相关性显著[38] .林火烈度
分级和评价可以用来估算林火干扰带来的生物量损
失,也可为估算全球碳储量提供参考.借助高分辨率
遥感影像,结合 CBI和 NBR数据[22],未来可以更加
广泛地研究大区域尺度上林火烈度分级、制图和评
价.但是,林火烈度同森林生态系统的内部因子(林
型、林龄、可燃物积累周期)之间的作用机制,仍需
要进一步探讨.
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作者简介摇 王晓莉,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事景
观生态学和 GIS 与 RS 应用研究. E鄄mail: wangxiaoli1000@
163. com
责任编辑摇 李凤琴
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