气候变化背景下大兴安岭林火发生状况及其变化趋势

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北方森林作为世界最大的森林生态系统之一,是林火的高发区域,对全球碳平衡和气候变化具有重要的影响。同时作为气候变化最敏感的区域之一,近些年来随着林区气候变暖,林火发生的数量和过火面积都呈显著的增加趋势,对该区生态系统的结构和功能产生了重要的影响。  由于选择的时空尺度不同,往往导致对林火分布的格局有不同的认识。本研究以大兴安岭林区1967-2006年发生的人为火和雷击火为研究对象,将其在时间和空间上视为一个完全随机的点过程。采用时间点过程方法中的变异系数和阿伦因子及空间点格局分析中的Ripleys K函数和kernel空间密度函数等估算方法,分别对大兴安岭林火时间和空间分布的聚集性范围和尺度效应进行分析,揭示林火发生的时空分布特征和规律。结果表明:(1)在较小的时间尺度上,林火分布趋向随机过程,随着观测时间长度增大,林火分布的聚集性表现越加明显;(2)在空间上,林火在一定距离尺度内表现为聚集分布,超过一定尺度则呈现随机泊松分布;(3)人为火的火点密度由北往南逐渐增大,高发地区集中在南部;而雷击火分布相对均匀,主要火点分布在海拔较高的中部地区。  采用空间点格局分析方法,基于大兴安岭1967-2006年的火烧数据,建立林火密度空间分布格局与其影响因素之间的关系模型。该模型以林火发生次数为因变量,选取气候(年均温度和降水量)、植被类型、加拿大FWI系统(细小可燃物湿度和林火天气指数)、地形(坡度、坡向和海拔)和人为活动因子(距离道路距离、距离居民点距离、道路密度)等为自变量。结果表明:空间点格局模型能够较好地模拟林火发生分布与影响因子之间的关系,从模型模拟的结果来看,人为火和雷击火的分布不仅受到气候因素的影响,局部因子如植被、可燃物、地形和人为活动等均对林火的发生有明显的作用。  根据空间点格局模型模拟结果,采用GFDL耦合的未来气候变化情景数据RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5,预测2050年和2100年大兴安岭林火的空间分布格局及其变化趋势。结果表明:气候变暖对林火发生有明显的影响,随着气候变暖的趋势加强,林火发生的数量增长也越大。但并非所有地区的林火发生密度都呈增长趋势,有些地区不变,而有些地区还会出现下降的趋势,林火增长趋势的空间异质性明显。在气候变暖背景下,林火发生的数量在未来时间段上有明显的变化,到2050年总的林火发生增长率在30%~72%,到2100年增长率达到59%~109%。但林火的分布格局变化却不大,人为火高发区仍然分布在大兴安岭的南部区域,而雷击火的高发地区仍主要集中在中部海拔较高的地区。  由于模型本身的局限性,林火预测过程中存在着诸多的不确定性因素。未来林火中长期尺度的预测难点在于如何量化植被、可燃物及人为活动变化的动态过程。这些问题的解决也有赖于模型的改善和更多可靠的模型参数引入,以及气候变化情景数据模拟精度的进一步提高。
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