全 文 ：第 v{卷 第 u期
u s s u年 v 月
林 业 科 学
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黑龙江省林火规律研究
µ1林火动态与格局影响因素的分析
胡 海 清 金 森
k东北林业大学森林资源与环境学院 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 本文对在大尺度kxss®°u 以上l上影响黑龙江省林火的因素及其影响途径进行了分析 ∀结果表明 o
年林火次数k人为火次数l与林业人口正相关 o林火面积与人口无关 ∀干燥度的空间差异对林火燃烧率格局有
正向影响 ∀林火特征与气候因子之间没有线性关系 ∀黑龙江省林火次数和面积对年均温和降水量的响应可
归纳为旋转的单叶双曲面和双叶抛物面两种模式 ∀林火特征的周期与年均温 !年降水量的周期关系很大 ∀黑
龙江省森林类型对林火次数 !面积的影响在省级区划尺度上不显著的 ∀较高的管理水平显著减少林火 ∀林火
次数 !面积与了望塔数量 !消防车数量及通讯覆盖率等无线性关系 ∀
关键词 } 因素 o黑龙江省 o林火
收稿日期 }usst2su2sx ∀
基金项目 }本论文由国家自然科学基金面上项目 v|{zsyvy !国家自然科学基金青年基金项目 vsssstvx和国家自然科学基金重大项目
v|{||vzs资助 ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΦΟΡΕΣΤ ΦΙΡΕ ΡΕΓΙΜΕ ΟΦ ΗΕΙΛΟΝΓϑΙΑΝΓ ΠΡ ΟςΙΝΧΕ
µ1ΑΝΑΛΨΣΙΣ ΟΝ ΦΑΧΤΟΡΣ ΑΦΦΕΧΤΙΝΓ ΦΙΡΕ ∆ΨΝΑΜΙΧΣ ΑΝ∆ ∆ΙΣΤΡΙΒΥΤΙΟΝΣ
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k Χολλεγε οφ Φορεστ Ρεσουρχεσ ανδ ΕνϖιρονµεντoΝορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
Αβστραχτ } ƒ¤¦·²µ¶¤±§·«¨¬µº¤¼¶¤©©¨¦·¬±ª©²µ¨¶·©¬µ¨¶¬± ‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª°µ²√¬±¦¨ º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §«¨µ¨ ¤·¤¶¦¤¯¨ ¤¯µª¨µ·«¤±
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Κεψ ωορδσ} ƒ¤¦·²µ¶oƒ²µ¨¶·©¬µ¨¶o‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª
林火的发生发展与火源 !可燃物数量和干燥程度及其空间分布有关 ∀在小尺度上 o可燃物数量和含
水率对林火发生和蔓延影响很大 o可燃物类型常为林型所替代 o其干燥程度与天气状况关系密切k王瑞
军 ot||zl ∀在景观尺度上 o林火蔓延和影响与景观格局关系密切k…µ²º±ot|||l ∀在更大的尺度上 o影响
的可能因素包括林火管理水平 !人口 !植被类型 !气候因子标等 o但它们对林火的影响在黑龙江省这样大
的尺度上到底怎样 ‚目前较少研究 ∀本文在前文林火时空动态和统计分布研究的基础上 o对此问题进
行了探讨 ∀
t 研究地区概述
黑龙江省位于东经 tutβttχ ∗ tvxβsxχ !北纬 wvβuxχ ∗ xvβuvχ之间 o面积 wx1w ≅ tsw ®°u o人口 vvss ≅ tsw ∀
大陆性气候 o冬季寒冷干燥 o夏季炎热多雨 o春秋季多大风 o空气湿度低 o干燥 ∀全省地貌分为 x个区域 }
西北部的大兴安岭 !东北部的小兴安岭 !东南部的东部山地k由数条并行的东北 ) ) ) 西南走向的山岭组
成 o有张广才岭 !老爷岭和完达山等l !西部的松嫩平原区及东部的三江兴凯湖平原 ∀山地海拔高度在
vss ∗ tyss °左右 o平源地区海拔有 vx ∗ uss °左右 ∀山地面积占 x{1| h o其中中山为 w1w h o低山为
us1w h o丘陵占 ut1{ h o台地为 t1{ h o山区河谷和冲积平原为 ts1x h ~平原占 wt1t h ∀省内有较大面积
的森林土壤 !草原土壤和森林草原土壤 o属地带性土壤 o同时存在着大面积的非地带性土壤 ∀地带性植
被属寒温带针叶林和温带针阔混交林 ∀森林主要分布在大兴安岭 !小兴安岭 !张广才岭 !老爷岭和完达
山 v大片林区 ∀松嫩平原和三江平原是少林地区 ∀天然林比重大 !人工林少 ∀黑龙江省是全国森林防
火的重点省份 o年均森林过火面积居全国之首 o是火灾危害最严重的地区 ∀
u 研究方法
收集下列资料 }tl黑龙江省 t|{s ∗ t|||年的林火数据 o包括各次火的起灭时间 !火点地理坐标 !面
积等 ∀ul黑龙江省各县 !市和森工局的人口数 !了望塔数量 !消防车数量 !通讯覆盖率及这些地区防火期
的平均气温 !降水量 !相对湿度 !风速 ∀vl黑龙江省行政区图和森林类型图 ∀wl黑龙江省 wv个气象站点
t|{s ∗ t|||年的月气温和月降水资料 ∀
利用统计软件 o统计黑龙江省各地区的 us¤林火次数 o计算各气象站点历年年均温和降水量 ∀计算
黑龙江全省林火次数 !面积与人口 !气候等因素的相关系数 ∀对全省年林火次数 !面积与年降水 !年均温
绘制散点图和年际波动图并进行谱分析k幺枕生 ot||sl ∀以年均温和降水为 ¬轴和 ¼轴 o以林火特征为
½轴 o分别绘制三维关系图 ∀
v 结果与分析
311 林火与人口的关系
为研究林火与人口的关系 o我们收集了黑龙江省 ws个森工局 !xw个农业县和城市的郊区 | ¤kt|{s
∗ t|{z年和 t||t年l的总人口和农业人口k对森工局而言 o总人口和农业人口与林业人口相似l ∀统计
各区域 t|{s ∗ t|||年期间历年林火次数 !面积及 us¤总林火次数和面积 ∀由于各区域以年为单位的林
火数据比较离散 o受其它因素影响变动较大 o在与同一年份的人口数据进行统计分析时难以体现出人口
对火灾的影响 o为此采用各区域 us¤的总林火次数 !面积 ∀对于不同年份的人口 o采用历年的年均人口
数据作为人口影响的代表 ∀
|w个区域的人口数 !农业人口数与林火次数和面积的相关系数分别为 s1s|zt和 s1sxuv !s1tuvy和
p s1syuv o都不显著 ∀ws个森工局的年均人口数与火灾面积的相关系数为 s1s{wz o不显著 o但与林火次
数的相关系数为 s1v|zu o在 s1sty水平上显著 o可用下面方程近似描述 }
Φ€ s qssuz{Πn z o其中 oΦ}林火总次数 ~Π}林业人口数 oτkv{l € u qwy o显著水平 s1sty ∀这表明 o总
林火次数与林业人口正相关 o与行政县的农业人口和总人口关系都不大 ~总火灾面积与各种人口数都无
关 ∀这显然由于大多数火灾由人为火源引起 o人为火源的多少与直接在林区从事生产活动的人数有关 o
这部分人数又与林业人口等价或与林业人口具有极好的正比关系 ∀火灾蔓延的情况则与人口关系不
大 ∀因此 o进行火险区划或火源管理时 o应考虑区域的林业人口 o而不是其它人口 ∀
由于人为火和总林火的规律相似k金森 oussul o上述结果同样适用于人为火次数 !面积与人口之间
的关系 ∀
312 林火与气候因素的关系
v1u1t 林火空间格局与气候因子空间分布的关系 用 |w个区域防火期平均气温 !平均相对湿度 !平均
风速和降水量及干燥指数k防火期平均气温与平均风速的乘积除以防火期降水量l表征气候因子的空间
分布 o与各区域 us¤林火次数 !面积及派生指标如平均每次火的面积 !森林燃烧率 !平均蔓延速度等进行
相关分析 o结果多不显著或没有意义 ∀用 vs个林业局的同样数据k部分林业局的气候数据因存在明显
的错误 o如平均气温偏高而被剔除l进行同样分析 o只有森林燃烧率与干燥度具有极好的正相关 o相关系
数为 s1{x o显著水平为 s1sss o其线性回归方程为
|| 第 u期 胡海清等 }黑龙江省林火规律研究 µ1 林火动态与格局影响因素的分析
Ρ € v qx ∆ p s qtt o式中 }Ρ为森林燃烧率 o∆为干燥度 oτku{l € { qxv o显著水平 s1ssst ∀这说明空间
干燥度的差异对林火燃烧率空间格局有正向影响 ∀
v1u1u 林火年际变化与气候因素的年际变动的关系 黑龙江省面积大 o省内气候因子变异较大 ∀为此
计算年均温 !年降水量各气象站点间的相关系数 ∀结果表明 o站点间的年均温高度正相关 o但只有空间
距离较近的站点间的年降水量才正相关 ∀因此 o全省的年均温可以用 wv个站点的算术平均来表示 o但
年降水量地区差异较大 o应分区域研究 ∀大兴安岭地区 !伊春地区 !黑河地区和牡丹江地区是黑龙江省
林火多发区k金森 oussul ∀各地区内站点的年降水量相关较强 ∀因此 o我们选择这四个地区和整个省区
作为不同的空间尺度分别研究 !比较 ∀为简单计 o省区气温 !降水数据采用站点算术平均值 o各地区的数
据采用区域中心站点值 ∀
图 t 林火特征与气候因子的年际动态比较
ƒ¬ª1t ≤²°³¤µ¬¶²± ²©¤±±∏¤¯ ©¬µ¨ ¦«¤µ¤¦·¨µ¶¤±§¦¯¬°¤·¬¦©¤¦·²µ¶
) σ ) 总火次数 ײ·¤¯ …∏µ±¬±ª·¬° ¶¨ ) υ ) 面积 „µ¨¤
) ω ) 燃烧时间 ¤¶·¬±ª·¬°¨ ) ≅ ) 干燥度 ⁄µ²∏ª«·¬±§¨¬
) ¿≅ ) 年气温 „±±∏¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ) % ) 年降水 „±±∏¤¯ ³µ¨¦¨³¬·¤·¬²±
林火特征与气候因子的年际动态
比较 }通过计算黑龙江省年林火发生
次数 !面积和燃烧时间与省年均温和
降水量的相关系数和用原数据除以各
自的均值得到标准化值 o以年份为横
轴 o林火特征与气候因子为纵轴绘图
来研究林火特征与气候因子的关系
k见图 tl ∀结果表明 o林火特征与气候
因子之间没有线性关系 o在某些气候
指标区间上 o林火特征随机性很强 o变
幅大 ∀其年际变化的振幅和相位差异
也较大 o构造两者之间的显式解析关
系比较困难 ∀
双气候因子对林火特征的影响 }
基于上述原因和气候因子间的相互作
用 o我们以年气温和降水量作为 ¬!¼
图 u 黑龙江省年林火次数与年均温和降水
ƒ¬ª1u „±±∏¤¯ ©¬µ¨ ±∏°¥¨µ√¶q¤±±∏¤¯ ¤√¨ µ¤ª¨§
·¨°³q¤±§³µ¨¦¬³·q‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª°µ²√¬±¦¨
轴 o以林火特征作为 ½轴 o用最小误差法拟合空间曲
面 o以揭示林火特征对气温和降水共同作用的响应 ∀
全省林火次数在降水和气温平面上有一个极大值
k见图 ul o出现在由降水量区间≈w{s ox{s k°°l和气温
区间≈t1s ot1{ k ε l构成的区域 o年次数大于 vss o区域
的中心次数最多 o年次数超过 wws次 ∀从此向周围年
林火次数递减 o最低区域出现在降水量低于 wss °° !高
于 yws °°的区域以及由降水量区间≈xvs !x|s k°°l和
≈v1w ov1{ k ε l构成的区域 ∀称此种曲面为山脊形 o可
由一旋转单叶双曲面的一部分近似拟合 ∀林火次数呈
现此种特征 o表明火源的随机特点 !社会性和非气候影
响性 ∀全省林火面积在降水和气温平面上有两个极大
值k见图 vl o大极值区为降水区间≈yss oy{s k°°l和气
温≈t1w ov1s k ε l所围成区域的内切椭圆内 o中心点在
≈yss oyws k°°l和≈u1s ou1{ k ε l围成的区域内 o年过
火面积超过 t1w ≅ tsx«°u ∀小极值区出现在≈wus owys 
k°°l和≈v1u ov1y k ε l之间 ∀低值出现在平面的两个
角上 o即≈xus oy{s k°°l和≈v1{ ov1w k ε l围成的区域
sst 林 业 科 学 v{卷
及≈vys owws k°°l和≈t1s ou1s k ε l围成的区域 ∀称此曲面为鞍形 o可由一旋转的双叶抛物面来拟合 ∀
在鞍形中 o低温低湿和高温高湿时林火特征值k此处为林火面积l小 o高湿中高温时特征值大 ∀在此 o人
的因素很重要 ∀在高温高湿时 o虽然年降水量很高 o但在两次降水的间隔期内 o由于高温的条件 o可燃物
仍能很干燥 o因此人们高度重视 o过火面积就可能小 ∀在低湿高温时 o人们更重视预防和扑救 o但此条件
下发生的林火往往都是人力不可控制的大火 o尽管人类高度重视 o但过火面积仍较大 ∀最显著的例子就
是 t|{z年的/ x1y0特大森林火灾 ∀
林火次数 !面积与降水和气温的关系 o虽然极值个数不同 o但从高温低湿到低温高湿的对角线上的
数值均高于其它点 o另外两个角处数值较低 ∀
全省雷击火次数与气温 !降水的关系曲面呈宽脊形 o面积呈鞍形 o具体数值见图 w ∗ x ∀
图 v 黑龙江省年林火面积与年均温和降水
ƒ¬ª1v „±±∏¤¯ ¥∏µ±¨ §¤µ¨¤√¶q¤±±∏¤¯ ¤√¨ µ¤ª¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¤±§³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±o‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª³µ²√¬±¦¨
图 w 黑龙江省年雷击火次数与年均温和年降水的关系
ƒ¬ª1w „±±∏¤¯ 2©¬µ¨ ±∏°¥¨µ√¶q¤±±∏¤¯ ¤√¨ µ¤ª¨§·¨°³q¤±§
³µ¨¦¬³·¤·¬²±q‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª³µ²√¬±¦¨
图 x 黑龙江省年雷击火面积与年均温和降水量的关系
ƒ¬ª1x „±±∏¤¯ ¥∏µ±¨ §¤µ¨¤¥¼ 2©¬µ¨¶√¶q¤±±∏¤¯ ¤√¨ µ¤ª¨§
·¨°³q¤±§³µ¨¦¬³·¤·¬²±qo‹ ¬¨¯²±ª­¬¤±ª³µ²√¬±¦¨
林火特征与气候因素谱周期的比较 }表 t是黑
龙江省和四个地区林火特征与气候因子的谱分析周
期 ∀从中可见林火特征的频谱周期与年气温和降水
的部分频谱周期是一致的 o表明黑龙江省林火特征
的周期受气候因子的周期性影响很大 o但其中的机
理尚不清楚 ∀
313 其它因子的影响
v1v1t 管理水平对林火的影响 黑龙江省火灾次
数 !面积的年际变化两个阶段的划分说明林火管理
水平对人为火的发生 !发展都有影响 ∀合适的措施
使火灾年均次数从 v|w降到 |x次 o年均面积由 u1uw
≅ tsx«°u 降到 t1| ≅ tsw«°u ∀
v1v1u 扑火力量的影响 林火的发展可能与各区域
的扑火力量 !装备等有关 ∀|w个区域和 ws个林业局
的林火特征与相应的扑火力量指标的相关系数表明
两者之间都没有线性关系 ∀其中林火特征有 }总过
tst 第 u期 胡海清等 }黑龙江省林火规律研究 µ1 林火动态与格局影响因素的分析
表 1 林火特征周期与气候因子谱分析周期比较
Ταβ .1 Χψχλεσχοµπαρισον βετωεεν φιρε χηαραχτερ ανδ τηατ οφ χλιµατιχ φαχτορσ
地区
• ª¨¬²±
林火次数周期
ƒ¬µ¨ ±∏° q¦¼¦¯ ¶¨k¤l
林火面积周期
ƒ¬µ¨ ¤µ¨¤¦¼¦¯ ¶¨k¤l
年气温周期
„±¯ q·¨°³q¦¼¦¯ ¶¨k¤l
年降水量周期
„±¤¯ q³µ¨¦¬³q¦¼¦¯ ¶¨k¤l
黑龙江省总体 ײ·¤¯ ©¬µ¨¶‹ ty ow1x ou1v y |1t ow1x ou1v v1y
黑龙江省雷击火 2©¬µ¨ ‹ |1t ov1s |1t 同上 ≥¤°¨¤¶¤¥²√¨ 同上 ≥¤°¨ ¤¶¤¥²√¨
大兴安岭地区 ⁄¤¬¬±ª¤±¯¬±ª |1t ox o| ou1v |1t ty ow1s ou1y |1t
黑河地区 ‹ ¬¨«¨ |1t ov1y ou1u |1t ow1x |1t ov1y ou1v |1t ov1y
牡丹江地区 ∏§¤±­¬¤±ª ty ov1y ty ov1y |1t ou1y ty ov1y
伊春地区 ≠¬¦«∏± |1t ou1v x1| ou1v |1t ov1s ou1v x1| ov1s
火面积 !平均每次火灾的燃烧时间和平均蔓延面积速度k用总过火面积除以总燃烧时间l ~扑火力量指标
有 }了望塔数量 !消防车数量及通讯覆盖率 ∀
w 结论与讨论
年林火次数k人为火次数l与直接决定林区人为活动水平的林业人口正相关 o与其它人口关系不大 ~
林火面积与人口无关 ∀
干燥度 ∆的空间差异对林火燃烧率 Ρ空间格局有正向影响 o其关系可用方程 Ρ € v qw ∆ p s qtt描
述 ∀林火特征与气候因子之间没有线性关系 o在某些气候指标区间上 o林火特征随机性很强 o变幅大 ∀
其年际变化的振幅和相应差异也较大 ∀
黑龙江省和大兴安岭 !黑河 !牡丹江 !伊春四地区的林火次数和面积对年均温和降水量的响应可归
纳为脊形和鞍形两种 o脊形可用单叶双曲面旋转后拟合 o鞍形可由双叶抛物面旋转后拟合 ∀黑龙江省的
林火次数响应为脊形 o林火面积响应为鞍形 ∀
黑龙江省林火特征的周期与年均温和年降水量的周期性关系很大 ∀
较高的管理水平显著减少林火 ∀林火次数 !面积与了望塔数量 !消防车数量及通讯覆盖率等无线性
关系 ∀
本文研究的是人为活动占主体的条件下大尺度上林火的规律及其与环境因子的关系 o初步揭示了
人类活动对林火的一些影响 ∀也揭示了部分雷击火的发生和在人类灭火实践的前提下的发展规律 ∀结
论表明 o在大尺度上 o林火的发生主要取决于人类的活动 o目前关于这方面的研究和自然条件下k自由燃
烧lk¬ot|||l林火的规律研究将为搞清林火对森林生态系统的动态过程的影响提供基础数据 ∀
大区域林火与气候因子的关系与小尺度不同 ∀均值算法的选择非常重要 ∀如何选择合适的尺度 o
既要是符合区域的要求 o又要使区域内的差异最小 o是应进一步研究的 ∀
影响林火的因素很多 o这些因子的作用可能是交互的 o更可能是非线性的 ∀目前的分析方法基本基
于线性方法 o应考虑的非线性方法 ∀本文分析林火与气候因子的方法即是一种非线性方法 ∀
参 考 文 献
金森 o胡海清 1 黑龙江省林火规律研究 ´ }林火时空动态与分布 1 林业科学 oussu ov{ktl }{{ ∗ |w
王瑞军 o于建军 o郑春艳 1 森林可燃物含水率预测及燃烧性等级划分 1森林防火 ot||zktzl }ty ∗ tz
幺枕生 o丁裕国 1 气候统计 1 北京 }气象出版社 ot||s }x|s ∗ yts
…µ²º± °  oŽ¤∏©°¤±±  • o≥«¨ ³³¨µ• ⁄q²±ª2·¨µ° ¤¯±§¶¦¤³¨ ³¤·¨µ±¶²©³¶·©¬µ¨ √¨¨ ±·¶¬± ¤ °²±·¤±¨ ³²±§¨µ²¶¤³¬±¨ ©²µ¨¶·²©¦¨±·µ¤¯ ≤²¯²µ¤²q¤±§¶¦¤³¨
∞¦²¯²ª¼ ot|||ktwl }xtv ∗ xvu
¬≤ o¤± ≤²µ±¶Š • o≠¤±ª • ≤ qƒ¬µ¨ ©µ¨ ∏´¨ ±¦¼ ¤±§¶¬½¨ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ∏±§¨µ±¤·∏µ¤¯ ¦²±§¬·¬²±¶}¤±¨ º «¼³²·«¨¶¬¶q¤±§¶¦¤³¨ ∞¦²¯²ª¼ot|||ktwl }xvv ∗ xwu
ust 林 业 科 学 v{卷