全 文 ：第 ww卷 第 tt期
u s s {年 tt 月
林 业 科 学
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‘²√ qou s s {
中国南方冰雪灾害对森林火灾火发生短期影响分析
) ) ) 以湖南为例 3
王明玉t 舒立福t 王秋华t 赵凤君t 田晓瑞t 阎 厚u 杜建华u
kt1 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林保护学重点开放性实验室 北京 tsss|t ~
u1 国家林业局森林防火预警监测信息中心 北京 tssztwl
摘 要 } 以湖南省为研究区域 o分析冰雪后短期内kv月份l卫星热点的空间分布特征 !与受害程度的空间关系 o森
林火灾发生的特点和扑火人员伤亡情况 o以及气象因素对火发生的影响 ∀结果表明 }处于受害区确认为森林火灾
的卫星热点占总数的 yt1ss h ∀uss{ 年 v 月份火灾次数和过火面积异常增高 o共发生火灾 v s|z 起 o过火面积
uv uuz1y{ «°u o火灾次数超过 t||| ) ussz年 v月份火灾次数的总和 o且是 t||| ) ussz年 v 月份火灾次数总和的
tus1yx h ov月份平均火灾次数的 ts1{y倍 ∀过火面积是 t||| ) ussz年 v月份总和的 {{1ws h ov月份平均过火面积
的 w1y|倍 ∀人员伤亡 ws人 o是 t||| ) ussz年 v月份人员伤亡总和的 zu1zv h o平均伤亡人数的 y1xy倍 ∀冰雪灾害
后 ouss{年 v月火灾次数 !过火面积和人员伤亡人数的异常增高已经超出了气温和降水对火发生正常影响的范围 ∀
关键词 } 雨雪冰冻 ~火发生 ~扑火安全
中图分类号 }≥zyu 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{ltt p ssyw p sx
收稿日期 }uss{ p sz p uw ∀
基金项目 }中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目
k≤„ƒ•Œƒ∞∞°uss{svl和国家科技支撑计划项目kussz…„≤sv„sul ∀
3 舒立福为通讯作者 ∀
Φορεστ Φιρε Οχχυρρενχειν Σηορτ Τερµ Υνδερ τηεΙµ παχτσ οφ Σνοω ∆αµαγε
ιν Σουτη οφ Χηινα…2Χασε Στυδψιν Ηυναν Προϖινχε
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kt1 Ινστιτυτε οφ Φορεστ ΕχολογψoΕνϖιρονµεντ ανδ Προτεχτιον oΧΑΦ Κεψ Οπεν Λαβορατορψοφ Φορεστ Προτεχτιον οφ Στατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον Βειϕινγ tsss|t ~
u1 Φορεστ Φιρε Αλαρµινγ ανδ Μονιτορινγ Ινφορµατιον ΧεντερoΣτατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον Βειϕινγ tssztwl
Αβστραχτ} ƒµ¨¤®¼ ¶±²º ¤±§¬¦¨ ¶·²µ°¶«¤§³¯¤ª∏¨§¶²∏·«¨µ± ≤«¬±¤¶¬±¦¨ °¬§2¤±∏¤µ¼·² °¬§2ƒ ¥¨µ∏¤µ¼ uss{1׫¬¶ ²¯±ª·¬°¨
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Κεψ ωορδσ} µ¤¬± ¤±§¶±²º §¤°¤ª¨ ~©¬µ¨ ²¦¦∏µµ¨±¦¨ ~©¬µ¨ ©¬ª«·¬±ª¶¤©¨·¼
林火是显著影响森林生态系统的干扰因子k„ª¨¨ot||t ~≥³¨¦«·ot||tl o干扰对于塑造和维护陆地生态系
统起着重要的作用 o而林火深刻地影响着陆地生态系统的演化过程和陆地森林景观的结构k„±·²±¬² ετ αλqo
usstl o对许多物种的进化历史起着重要作用k‘¨ . °¨¤± ετ αλqot|||l ∀人为火源和天然火源对景观的形成与
发展具有重要作用 ∀林火作为森林中极为活跃的干扰因子 o它能影响某些生物的发展和演变 o影响许多生物
的生存和发展 ∀在许多情况下 o林火已经成为生态系统中的一部分 o优势种已经适应火烧的循环周期 ∀林火
对于许多森林生态系统的存在是至关重要的 o火发生频率和严重性深刻地影响了区域内森林的结构与组成 ∀
uss{年 t月中下旬至 u月上旬 o中国南方地区气候异常 o导致大范围 !长时间的强降雪及冰冻灾害 ∀这
种异常天气过程和0拉尼娜0事件有关 o对中国南方森林造成大面积的冰雪灾害 o森林雪灾害是附加在树冠和
树干上的雪压达到树木承受的极限时 o树木的特定部位不能支持这些负荷而造成的树干弯曲 !树冠和树干折
断以及连根拔起等危害k°¨ ·¼ ετ αλqot|{t ~≥²¯¤±·¬¨ ot||w ~李秀芬等 oussxl ∀由于雪灾的机械损伤和随后的
冰冻对代谢的损害 o受灾地区的森林生态系统遭到了严重破坏 ∀这次严重的雨雪冰冻灾害 o作为一次强干扰
过程对森林生态系统的影响是多方面的 o其中对森林可燃物的空间结构 !空间布局 !载量变化 o以及与之相应
的森林火险 !潜在火行为 !火发生状况以及扑火安全的影响都是巨大的 ∀
本文以湖南省为研究区域 o分析了冰雪灾害后 o短期内卫星热点的空间分布特征与受害程度的空间关
系 o分析了森林火灾发生的特点和扑火人员伤亡情况 o以及气象因素对火发生的影响 o进而对冰雪灾害对森
林火发生的影响进行评价 ∀
t 研究区域概况
湖南省位于长江中游kuwβv{χ ) vsβs{χ‘ots{βwzχ ) ttwβtxχ∞l o面积 ut万 ®°u 以上 o位于中国地势第二 !三
阶梯的过渡地段 ∀全省土壤类型 o西面以黄壤为主 o东面以红壤为主 ∀森林资源主要集中在湘西南 !湘南 !湘
西北及湘东 ∀
湖南属中国南部亚热带湿润森林植物区系 o植物种类多 o区系成分复杂 ∀有高等植物约 x sss种 o其中
木本植物 t |ss余种 o地带植被主要由壳斗科 !樟科 !木兰科 !金缕梅科 !山茶科 !冬青科 !安息香科的树种组
成 ∀主要树种有马尾松k Πινυσ µασσονιαναl !杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταl !青冈k Χψχλοβαλανοπσισ γλαυχαl !鹅耳
枥k Χαρπινυστυρχζανινοωιιl !化香树k Πλατψχαρψα στροβιλαχεαl !栓皮栎k Θυερχυσ ϖαριαβιλισl !白栎k Θq φαβριl !短柄树
kΘq σερρατα √¤µq βρεϖιπετιολαταl !苦槠 k Χαστανοπσισ σχλεροπηψλλαl !甜槠 k Χq εψρειl !米槠 k Χq χαρλεσιιl !樟树
k Χινναµοµυµ χαµπηοραl !枫香树kΛιθυιδαµβαρφορµοσαναl等 ∀截至 t|||年 o全省森林覆盖率 ws1yv h o全省天
然林为 wy|1zy万 «°u o人工林为 v|s1v|万 «°uk肖兴威 oussxl ∀
湖南省森林火灾大多发生在山地 o主要为人类活动引起的 ∀湖南省森林与居民点相互交错 o人类活动频
繁 o稍不慎 o就会给森林留下火种 o引发森林火灾 ∀森林火灾主要发生在 t ) x月 o高峰期在 u ) w月 ot||| )
ussz年年平均发生火灾次数 t ytx起 o是中国森林火灾发生次数最多的省份之一 ∀
u 材料与方法
211 材料
选择无云或少云的 ’⁄Œ≥ t…数据 o分别对冰雪灾害前后kussz p sx p su和 uss{ p sx p ttl基本同期的
’⁄Œ≥数据进行处理 o用于受害等级划分 ∀uss{年 v月份 ’⁄Œ≥热点监测数据 o用于与受害等级分布图进
行叠加 o分析热点分布与受害程度分布的空间关系 ∀t||| ) uss{年 v月份平均气温和降水数据 ∀t||| )
uss{年 v月份森林火灾发生统计数据 o包括火灾次数 !面积和伤亡人数 ∀
212 方法
 ’⁄Œ≥ t…数据经几何校正和大气辐射校正后 o计算出地表反射率值 o然后利用地表反射率值计算 ‘⁄∂Œ
植被指数 o利用植被指数的变化对森林受影响的程度进行计算 ∀根据受害前后 ‘⁄∂Œ值的变化 o与植被分布
数据相结合 o对森林受害区域进行确认 o将卫星热点监测数据kuss{年 v月l与受害区域进行叠加 o分析热点
空间分布特征以及与受害区域的关系 ∀
统计火灾次数 !面积和伤亡人数 o分析计算研究区域内 uv个基准气象站点降水量和平均气温的平均值
及其变化规律 o将其与森林火灾发生与伤亡情况进行相关性分析 o评价其影响程度 o进而分析冰雪灾害对火
发生和人员伤亡的影响程度 ∀
xy 第 tt期 王明玉等 }中国南方冰雪灾害对森林火灾火发生短期影响分析
图 t 热点分布与 ‘⁄∂Œ变化图叠加
ƒ¬ªqt ‹²·¶³²·§¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²± ‘⁄∂Œ¦«¤±ª¨ °¤³
v 结果与分析
311 热点的空间分布格局
正常情况下 o植物体内的含水量较高 o会掩
盖或影响植物体其他生化成分的波谱特征 ∀树
木受害后的水状态和光谱反射率均发生显著变
化 ∀在红光和近红外区域的变化更显著 o尤其
是红边的位置更能反映植物的生理状态 ∀在
s1yus ∗ s1yzs Λ°波段随着植物体含水量降低 o
反射率会迅速增加 os1{wt ∗ s1{zy Λ°波段反射
率也会增加 o但增加的程度远小于 s1yus ∗
s1yzs Λ°波段 o导致计算出的 ‘⁄∂Œ值小于正常
情况下的值 ∀因此可以用 ‘⁄∂Œ值的变化对冰
雪灾害对森林的影响进行评估k图 tl ∀
为了获得正常情况下 ‘⁄∂Œ同期的变化量 o
分别以冰雪前后 ‘⁄∂Œ频率峰值对应的 ‘⁄∂Œ值
的差值作为正常 ‘⁄∂Œ增加的量 oussz p sx p su
频率峰值对应的 ‘⁄∂Œ值为 s1yw ouss{ p sx p tt
频率峰值对应的 ‘⁄∂Œ值为 s1zu o其差值为
s1s{ o以 s1s{作为基本阈值 o对受害与否进行判
图 u ‘⁄∂Œ差值频率分布
ƒ¬ªqu ⁄¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©‘⁄∂Œ§¬©©¨µ¨±¦¨ ©µ¨ ∏´¨ ±¦¼
别k图 ul ∀正常情况下 o在研究的时间段内 o‘⁄∂Œ增加值应
该在 s1s{ o增加幅度小于 s1s{表示有不同程度的受害 ∀
由于天气 !空间分辨率 !时间分辨率 !地形等因素的影
响 o卫星实际监测并核实为森林火灾的热点比统计得到的
火灾数量要少许多 ∀选择有效的经过确认的热点 wsx个 o
其中热点所在位置 ‘⁄∂Œ值大于 p s1s{为 uwz个点 o热点位
置 ‘⁄∂Œ值小于 p s1s{为 tx{点 o处于受害区的热点占总数
的 yt1ss h ∀
从整个热点分布来看 o湖南省的南部和东部热点分布
比较集中 o这与受冰雪影响的区域分布基本一致 ∀由于本
区域的森林火灾主要由人为原因引起来的 o人为火的发生
图 v 火灾次数和过火面积变化
ƒ¬ªqv ƒ¬µ¨ ±∏°¥¨µ¤±§¥∏µ±¨ §¤µ¨¤
与人口密度 !公路网密度 !居民区分布等都有密切的关
系 ∀受害区域 o死可燃物载量增加 o尤其是细小可燃物载
量增加显著 o失水速率加大 o随着人类活动 o可燃物被引
燃的概率增加 ∀
312 火发生与人员伤亡变化
uss{年 v月火灾次数和过火面积异常增高 o共发生
火灾 v s|z 起 o过火面积 uv uuz1y{ «°u o火灾次数超过
t||| ) ussz年 v月份火灾次数的总和 o是 t||| ) ussz年 v
月份火灾次数总和的 tus1yx h ov月份平均火灾次数的
ts1{y倍 o过火面积是 t||| ) ussz年 v月份总和的 {{1ws h ov月份平均过火面积的 w1y|倍k图 vl ∀森林火灾
主要维持在小面积的水平 o平均过火面积仅为 z1xs «°u o小面积的火灾对整个森林的贡献比较大 ∀
人员伤亡人数 ws人 o是 t||| ) ussz年 v月份人员伤亡总和的 zu1zv h o平均伤亡人数的 y1xy倍k图 wl ∀
313 温度和降水对火发生和人员伤亡影响分析
研究区域内 uss{年 v月平均温度为 tw1uy ε o是 t|||年以来最高的月份 ouss{年 v月降水量为 twx °° o
yy 林 业 科 学 ww卷
图 w 伤亡人数变化
ƒ¬ªqw Œ±­∏µ¨§¤±§§¨¤§±∏°¥¨µ²©©¬µ¨ ©¬ª«·¨µ¶
是 t|||年以来第 u多年份 o仅次于 usss年k图 xl ∀
温度和降水对森林火灾的发生和蔓延均有不同程度的影
响 o由于可燃物含水率的时滞效应 o前期气象条件对森林火灾的
发生具有重大影响 o尤其是前期的降水 !温度 !风速等影响可燃
物含水率的气象因子 ∀一般情况下 o降水对火发生的影响更大
一些 ouss{年 v月虽然平均气温距平为 v1zu ε o比往年明显偏
高 o与 ussu年相比较 o这 u个年度的降水和气温具有相似性 o然
而 uss{年 v月份火灾次数竟高达 twu起 ouss{年 v月森林火灾
发生的异常增高已经超出了气温和降水对火发生正常影响的范
图 x 月平均温度和月降水变化
ƒ¬ªqx „√¨ µ¤ª¨ °²±·«¯¼ ¤¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨
¤±§°²±·«¯¼µ¤¬±©¤¯¯
围 ∀主要由于细小可燃物和死可燃物异常增多引起来的 ∀
将火灾次数 !过火面积 !伤亡人数 !气温和降水进行相关性
分析k表 tl o可以看出伤亡人数与火灾次数与过火面积相关显
著 o表明由于火灾次数的增多和过火面积的加大 o参加扑火的人
数增加 o伤亡人数增大 ∀冰雪灾害后 o火灾次数和面积的异常增
加 o使得伤亡人数大量增加 ∀同时 o温度和降水对火灾发生次数
和过火面积没有显著影响 o表明 uss{年 v月份研究区域内火灾
次数和过火面积的异常增加主要由于可燃物空间结构 !燃烧性 o
以及载量变化引起来的 ∀
由于地表死可燃物自然降解的周期性 o使得这次冰雪灾害
对可燃物的影响 o将长期影响火发生和过火面积 o进行对扑火人
表 1 火发生 !伤亡人数与气象因子相关性 ≠
Ταβ . 1 Χορρελατιον οφ φιρε οχχυρρενχε ,ινϕυρεδ ανδ δεαδ νυµ βερ ανδ ωεατηερ φαχτορσ
火灾次数
ƒ¬µ¨ ±∏°¥¨µ
过火面积
…∏µ±¨ §¤µ¨¤
伤亡人数
Œ±­∏µ¨§¤±§
§¨¤§±∏°¥¨µ
气温
„¬µ
·¨°³¨µ¤·∏µ¨
降水量
•¤¬±©¤¯¯
火灾次数
ƒ¬µ¨ ±∏°¥¨µ t
过火面积
…∏µ±¨ §¤µ¨¤
s1|v{ 3
≥¬ªqs1sss t t
伤亡人数
Œ±­∏µ¨§¤±§§¨¤§±∏°¥¨µ
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≥¬ªqs1sss t
气温
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s1w{x
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s1xwu
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降水量
•¤¬±©¤¯¯
s1wus
≥¬ªqs1uuz
s1v|w
≥¬ªqs1uys
s1w{x
≥¬ªqs1ttx
s1yx{ 3
≥¬ªqs1sv| t
≠ 3 }在 s1sx水平上显著 ≥¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ ¤·s1sx ¯¨ √¨¯ q
员的伤亡产生影响 ∀因此 o有效
的减少地表死可燃物 o对可燃物
进行科学的管理将有效得减少火
发生和人员伤亡 ∀由于研究区域
内主要为人为火源 o火发生次数
与火源管理密切相关 o由于温度
和降水对火发生的影响并不显
著 o因此 o火源管理对火发生次数
的影响更大 ∀同时由于人的因素
在森林火灾的发生过程中具有重
要作用 o并且不同森林类型分布
的区域差异 o可燃物的特性并不
能完全成为评价一森林火灾发生
和火灾面积大小的指标k王明玉等 ousswl ov月份火灾次数 !过火面积 o以及伤亡人员的异常增高是在可燃物
大量积累 !燃烧性增强的背景下 o与气象条件 o以及人类活动综合作用的结果 ∀
w 结论与讨论
冰雪灾害后 o与历年kt||| ) usszl同期相比 ouss{年 v月火灾次数 !过火面积和人员伤亡人数异常增高 ∀
uss{年 v月森林火灾发生的异常增高已经超出了气温和降水对火发生正常影响的范围 ∀伤亡人数与火灾
次数与过火面积相关显著 o温度和降水对火灾发生次数和过火面积没有显著影响 ouss{年 v月份研究区域
内火灾次数和过火面积的异常增加主要由于在可燃物空间结构 !燃烧性 o以及载量变化背景下 o与气象条件 o
以及人类活动综合作用的结果 ∀
研究区域内林农交错 o公路网密集 o人口众多 o森林火灾主要是人为火 ∀森林火灾的发生受多种因素的
影响 o除了受气象条件决定的火险天气状况 o也受可燃物状况的综合影响 o火源管理水平也是影响火发生频
率的一个重要因素 o灾后重建生产和春耕 o野外人为活动剧增 o火源管理困难 o极易引发森林火灾 ∀冰雪过
zy 第 tt期 王明玉等 }中国南方冰雪灾害对森林火灾火发生短期影响分析
后 o短期内死可燃物含水率对天气变化比活可燃物更加敏感 o导致短时间内可燃物干燥度增加 o燃烧性增强 o
随着人员活动 o森林可燃物被引燃 !蔓延的概率增大 o最终导致了 uss{年 v月份森林火灾异常暴发 o人员伤
亡巨大 ∀
伤亡原因主要有 x个方面 }一是火灾次数和过火面积增大 o使得扑火人数剧增 o伤亡概率增大 o从统计上
分析 o伤亡人数与火灾次数和面积具有极显著的相关性 ∀二是冰雪受害区域多分布在高海拔位置 o山高坡
陡 o扑火危险性增大 ∀三是林区内倒木 !断枝增多 o扑火人员行进和逃生难度增大 ∀四是细小可燃物和死可
燃物剧增 o导致可燃物失水速率增大 o使得初始火强度和火强度增加 o扑救难度加大 ∀五是森林受害后 o树冠
和枝叶大量脱落 o林内透风系数增大 o使得在同等风速条件下 o受害后林内风速比受害前明显加大 o使得火蔓
延速度 !火强度和火焰高度加大 o火行为更加复杂 ∀所有这些因素均对扑火人员的人身安全造成不利的影
响 ∀
随着全球气候变暖 o中国森林火灾呈上升趋势 o而这次雨雪冰冻灾害进一步加强了这种趋势 o地表可燃
物载量急剧增加 !森林火险和火行为更加复杂 o扑火危险性加大 ∀冰雪灾害对火发生与扑救在短期内产生了
重要的影响 o在更长的时间内这种影响还将持续 o这取决于森林生态系统的恢复进程与地表死可燃物的分解
情况 o这方面量化的结果还需要进一步的研究 ∀
参 考 文 献
李秀芬 o朱教君 o王庆礼 o等 qussx q森林的风Π雪灾害研究综述 q生态学报 ouxktl }tw{ p txz q
王明玉 o李 华 o舒立福 o等 qussw q不同植被类型森林火灾及雷击火自组织临界性 q生态学报 ouwk{l }t{sv p t{sz q
肖兴威 qussx q中国森林资源图集 q北京 }中国林业出版社 otsw p tsy q
„ª¨¨Žqt||t q׫¨ «¬¶·²µ¬¦¤¯ µ²¯¨²©©¬µ¨ ¬± °¤¦¬©¬¦‘²µ·«º ¶¨·ƒ²µ¨¶·¶q≤²µ√¤¯ ¬¯¶o’µ¨ª²±}’µ¨ª²± ≥·¤·¨ ˜±¬√¨ µ¶¬·¼ °µ¨¶¶oux p v{ q
„±·²±¬² ∂ o²¶i   qusst q≥³¤·¬¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©©²µ¨¶·©¬µ¨¶¬± ≥¬¨µµ¤§¨ Šµ¨§²¶k≤ ±¨·µ¤¯ ≥³¤¬±l qƒ²µ¨¶·∞¦²¯²ª¼ ¤±§ ¤±¤ª¨ °¨ ±·otwz }xx p yx q
‘¨ . °¨¤± Š oƒ²·«¨µ¬±ª«¤° ≤ oŽ¨¨¯¼ ∞qt||| q°¤·¦«·² ¤¯±§¶¦¤³¨ ³¤·¨µ±¶¬± ³²¶·©¬µ¨ µ¨¦µ∏¬·° ±¨·²©¤¶¨µ²·¬±²∏¶¦²±¬©¨µq°¯ ¤±·∞¦²¯²ª¼otwx }uvx p uwu q
°¨ ·¼  „ o• ²µµ¨¯¯ • qt|{t q≥·¤¥¬¯¬·¼ ²©¦²±¬©¨µ²∏¶·µ¨¨¶·¨°¶¬± µ¨ ¤¯·¬²±·²§¤°¤ª¨ ¥¼ ¶±²º qƒ²µ¨¶·µ¼oxwkul }ttx p tu{ q
≥²¯¤±·¬¨ • qt||w q∞©©¨¦·²©º ¤¨·«¨µ¤±§¦¯¬°¤·²¯²ª¬¦¤¯ ¥¤¦®ªµ²∏±§²±¶±²º §¤°¤ª¨ ²©©²µ¨¶·¶¬±¶²∏·«¨µ± ƒ¬±¯¤±§¬± ‘²√ °¨¥¨µt||t q≥¬¯√¤ƒ ±¨±¬¦¤ou{kvl }usv p
utt q
≥³¨¦«·• qt||t q≤«¤±ª¨¶¬±·«¨ ∞∏¦¤¯¼³·©²µ¨¶·¶²© „∏¶·µ¤¯¬¤¤¶¤µ¨¶∏¯·²©«∏°¤± §¬¶·∏µ¥¤±¦¨ q≤¤°¥µ¬§ª¨ }≤¤°¥µ¬§ª¨ ˜±¬√¨ µ¶¬·¼ °µ¨¶¶otzz p t|z q
k责任编辑 朱乾坤l
{y 林 业 科 学 ww卷