基于GIS的森林火灾时空特征分析(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于GIS的森林火灾时空特征分析作 者：指导老师：摘要：对森林火灾的时空特征分析是总结森林火灾发生规律，进一步进行林火预测的前提。本文通过对我国东北地区2000-2009年林火影像数据进行处理，分析林火与居民地、交通干线之间的关系，探索林火空间分布与人类活动的关系，进而总结出针对这种分布现象的解决意见。通过处理东北地区DEM数据，分析林火分布与高程的关系，探寻林火分布受地形的影响程度。通过整理十年森林过火面积的折线图，观察森林火灾发生的时间特征，然后分析这种特征的形成原因。关键词：森林火灾；空间分布；过火面积；时间特征森林作为陆地自然生态系统中重要的一环，它在整个自然

2、界的动态平衡中具有重要的作用。近几十年来，由于全球气候变化，世界范围的人口膨胀，工业化进程加快，森林中人类的活动影响加剧，森林火灾发生的危险性提高，森林资源的持续稳定发展是世界各国关注的焦点，防御和控制森林火灾也受到各国的普遍重视。森林火灾的发生有很深的自然因素和社会因素。分析森林火灾的时间和空间分布特征，研究森林火灾的发生与各种因素之间的关系，对于进一步开展林火预测有重要意义。 本文通过分析我国东北地区十年间森林火灾的分布，以及林火分布与居民点、道路、高程（地形）之间的关系，探索基于GIS的森林火灾时空特征分析方法，以及森林火灾的分布规律。1研究现状1.1利用多年林火统计资料进行分析这种研究

3、方法主要是针对某一地区开展小范围的研究。对时间特征的研究主要通过将多年的火灾次数，一年内各月份火灾次数生成统计图，直观的观察分析火灾发生的时间特征，进而分析各年份及季节火灾发生的可能性大小，得出火灾发生的时间规律。而对空间特征的研究主要是将研究区域的下级单位区域林火发生次数进行统计分析，进而得出哪些区域为轻灾区，哪些为重灾区。1.2结合气象、气候等因子分析利用多年林火统计资料分析也会涉及到综合考虑气象、气候环境，甚至太阳活动等因子的分析。如天地生遥相关法(张强等，19%)。Dr.simard详尽考虑了厄尔尼诺时与美国48个州的野地火活动的关系，发现凡厄尔尼诺年美国22个州野地火活动明显下降。1

4、990年陈正洪研究发现，重大天地现象与湖北省神农架林区林火活动严重年相吻合，如太阳活动峰或谷值年、厄尔尼诺年、南方涛动指数中两者或三者出现，当年或下年林火活动频繁。之后，王述洋在大兴安岭发现了类似现象，并提出了区域高风险时段天地生预报理论，主要用遥相关法，选择若干(6个)气象因子异常情况，研究灾害群发性，并在此基础上，用相应的灾害群的异常预测未来一段时期内的高风险时段。6个因子是ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)、SST(北太平洋海温)、太阳黑子、中国地震次数、地球自转变化及气象要素，对每隔因此推出相应的特征函数，依其相关系数大小为权重建立总的特征函数，据此做出季、年高风险时段预测。这种考虑多种因

5、子的方法，更注重得出林火发生的时空规律，为林火预测提供依据。1.3利用3S技术分析林火特征首先将遥感获得的数据进行处理提取出火点，然后在GIS数据库中结合地形、树种、气候、居民点、道路等因子进行空间分析得出林火分布的时空特征，进而总结出规律，反演出各因子与林火发生的相关程度；再结合GPS定位系统进行具体区划火险等级的划分，林火高发期进行高精度的火灾预测。3S技术优点突出，如RS可以快速获得大范围地表信息，GIS数据处理功能强大，GPS可以进行全球精确定位，但是三者结合仍有技术难题有待解决。2 研究目的和意义2.1 研究目的通过分析森林火灾与交通干线分布及居民地位置的关系，探索人类活动对森林火灾

6、的影响；通过分析森林火灾与高程的关系，探索地形对林火的影响。以我国东北地区为样本研究区，探索森林火灾空间分布的普遍规律。利用东北地区十年间森林火灾的过火面积以及一年内各月份林火过火面积的统计数据，分析森林火灾的时间特征。2.2 研究意义我国森林面积大，森林覆盖率低，森林资源宝贵，同时我国人口稠密，人类活动对森林火灾的影响较大。那么分析森林火灾的时空特征，探索林火与人类活动的关系对林火的预测必然有重要意义。又因为林火发生与自然因素的关系密切，分析林火与地形的关系，林火的时间特征，对林火防控和预测也有重要意义。3 研究方案设计3.1 研究区域概况我国东北地区包括东北三省和内蒙古东部，这里是我国森林

7、面积最大的区域。大、小兴安岭和长白山呈马蹄形环绕在广阔富饶的东北大平原的西、北、东部，南临黄、渤海；地处温带，气候温和湿润，发育着黑龙江、乌苏里江、松花江、辽河、鸭绿江等水系；资源丰富。虽然地理条件复杂，但其内部具有相对一致性和相似性，而与周围地区又具有一定的独特性和差异性，因而东北区形成了一个完整的自然地理区域。本区植被按区系组成，大致可分为三大部分，即达乌里区系、长白区系和蒙古区系。它们分别和寒温带针叶林、温带针阔叶混交林和温带草原三种植被类型相适应。在现阶段的地形、气候等因素影响下，东北植被的区域分异也相当明显。山地形成森林植被，平原出现森林草原和草原植被。3.2 主要研究内容及技术路线

8、3.2.1主要研究内容本文在处理了我国东北地区2000年到2009年森林火灾影像数据的基础上，利用ArcGIS软件分析了东北地区公路主干线、县级及县级以上居民地，以及东北地区的DEM数据，主要进行以下研究:(1)2000-2009年东北地区森林火灾空间分布情况；(2)2000-2009年东北地区森林火灾空间分布与公路主干线、县级及县级以上居民地的关系；(3)2000-2009年东北地区森林火灾空间分布与地表高程的关系；(4)2000-2009年东北地区森林火灾时间特征分析。3.2.2技术路线将东北地区十年的火点分布影像数据进行叠加，得出该区域火灾发生地点、次数、范围的图像；对东北地区铁路、公路

9、主干线、县级及县级以上居民地进行缓冲区分析，观察林火发生与以上要素的关系；将该区域火点图像与DEM数据进行叠加操作，得出不同高程范围林火发生的几率，分析林火空间分布高程特征；将十年间林火过火面积生成折线图，得出该区域十年间林火发生的时间特征。 图1 林火时空特征分析技术路线图 4 林火空间分布特征分析4.1 林火空间分布图 图2 东北地区十年间林火空间分布图从大范围影像图中裁剪出研究区域影像图，使用监督分类方法提取出火点，将2000-2009年的过火区域赋值为1，进行栅格计算，将十年的火点影像相加得出如上图的十年森林火灾次数与分布图，可以直接算出历年过火面积和不同程度易燃范围面积。区域过火次数

10、值为1 的总面积为47318.13KM,值为2 的总面积为2914.30 KM，值为3的面积为438.03 KM，值为4的面积为81.54 KM，值为5的面积为4.18 KM。4.2 林火分布与居民地关系取东北地区县级及县级以上居民地做缓冲区分析。若以居民地为中心做半径为50KM的缓冲区，用缓冲区对火点影像做掩膜提取，如图3、4，可得在该缓冲区内包含了该区域发生5次林火的全部区域，发生4次林火的91的区域，发生3次林火的84的区域，发生2次林火的58的区域，发生1次林火的32的区域。说明靠近居民点的林区发生森林火灾的几率更大。 图3 东北地区距居民地50KM范围内火点分布 图4 东北地区距居民

11、地50KM范围内过火面积以居民点为中心做半径为100KM的缓冲区，以该缓冲区做掩膜提取，如图5、6，可知该范围包含了发生5次和4次林火的全部区域，发生3次林火的99的区域，发生2次林火的92的区域，发生1次林火的85的区域。图5 东北地区距居民地100KM范围内火点分布图6 东北地区距居民地100KM范围内林火面积4.3林火分布与交通干线关系以东北地区公路干线为中心做半径为50KM的线缓冲区，可得出缓冲区内火点分布如图7，缓冲区内森林过火面积统计如图8：图7 东北地区距主干道路50KM范围内林火分布图8 东北地区距主干道路50KM范围内林火面积以公路为中心做半径为100KM的线缓冲区，得出缓冲

12、区内林火分布情况如图9，缓冲区范围内森林过火面积统计图如图10：图9 东北地区距主干道路100KM范围内林火分布图10 东北地区距主干道路100KM范围内林火面积由图9、10可知靠近公路的地区林火发生次数多，但是较偏远地区林火面积也较大。4.4林火分布与高程关系在ArcScene中添加东北地区DEM数据，进行100倍拉伸显示，将该区林火分布显示在图上，可以直观的看出林火分布与地形的关系。用林火分布区域对东北地区DEM图做掩膜提取，统计数据得出全部十年间东北地区林火分布与高程关系的折线图。图11 东北地区林火分布与地形关系图 图12 东北地区林火分布高程情况图由以图11、12可知，东北地区林火分

13、布主要集中在300米到550米的低山、丘陵地区，另外又有低海拔的两个集中区40-80米和141-160米，由图可知141-160米的高程范围林火发生次数多。4.5小结由以上分析可得到森林火灾分布的特征：靠近人类活动区的林区森林火灾发生概率高，但是面积不大；距离人类活动范围较远的地区林火发生概率小，如十年内从未发生火灾或发生一次火灾，但发生火灾的范围连续且较大。300到500米的丘陵、低山地区林火分布范围广，140-160米的高程范围内林火发生次数多。受人类活动影响森林火灾发生较频繁地区，扑灭火灾也较容易，所以范围不大，那么就应该分析起火原因，加强防范。受人类影响较小的地区森林火灾概率小，但是一

14、旦起火，扑灭较为困难，燃烧范围大，则造成的损失也较大，就应该加强灭火的基础设施建设。5 林火时间分布特征分析5.1森林过火面积年际变化分析图13 东北地区十年间森林过火面积统计图由图可知，2003年该区森林过火面积异常增大，其他年份则较为稳定，分析2003年气候则发现该年份异常干燥，因此森林防火部门应密切注意气候变化，针对性的加强森林防火工作。5.2林火季节分布分析图14 东北地区一年内森林过火面积统计图由图可知该区域林火多发季节为春季和秋季，即3-5月和8-10月，此时段我国东北地区降水量较少，更易发生火灾，因此在这两个时段则应加强监测，严格防范各种诱发因子。5.3小结通过图像分析历年森林过

15、火面积和各月林火发生概率，再综合其他因素分析林火发生原因，总结出林火预测预防的重点时段，有针对性的进行下一步工作。6.结论 研究区域的森林火灾呈现以下特点：（1）距离居民点、交通干线近的区域发生森林火灾的概率大，距离较远的区域森林火灾的概率小，但发生火灾后燃烧范围会较大；（2）低山、丘陵地区林火分布范围广，140-160米的低缓丘陵地带受人类影响频繁，火灾发生次数多；（3）森林火灾年际分布较均匀，但干旱年份林火过火面积明显增大；（4）森林火灾季节分布差异明显，林火高发期集中在春秋两季。 使用遥感影像数据与地理信息系统空间分析相结合，可以开展大范围、长时间、较精确的林火分析。结合影响森林火灾的各

16、种因子分析林火时空特征，对于总结林火发生的时空规律，进而进行林火预测有重要意义。 参考文献：1杨冰雨.黑河地区森林火灾发生规律的研究D.东北林业大学,2010.2 林朝晖宁德市森林火灾时空变化规律研究 J宁德师专学报（自然科学版），2010,8：258-260.3 杨陵陕西省森林火灾发生规律及原因初探J西北林学院学报，1997，12（4）：31-35.4 王健.火灾系统时空分布规律D.中国科学技术大学,2009.5 于成龙.基于GIS和RS森林火险预测的研究D.东北林业大学，2007.6 赵济，陈传康.中国地理M.高等教育学院1999. Analysis of forest fire char

17、acteristics of space and time based on GISZHANG FengAbstract: Analysis of forest fire characteristics of space and time is the premise of summary forest fire occurrence regularity and forest fire forecasts.The article uses the northeast of China of 2000 to 2009 image data of forest fire, analysis of

18、 forest fire and residents,the traffic trunk lines relationship, explore the spatial distribution of forest fire with human activity relationship. And then summarizes the distribution for the phenomenon of solution comment. Processing DEM data in northeast China, analysis of forest fire distribution

19、 and elevation relationship, explore the influence of forest distribution by topography degree. Through sorting 10 years forest fire area of line charts, observe forest fires occurrence of time characteristics , and then analyses the reasons for the formation of this feature. Key words：forest fires; spatial distribution; fire area; features of time 专心-专注-专业