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大兴安岭地区是我国雷击火最严重的区域,雷击火占森林火灾总数的37%,2000年以后,雷击成为该区最主要的火因。因此,做好林区内森林雷击火危险等级评估工作,对雷击火发生的预测预报、防火力量及灭火资源的分配具有重要意义。然而,目前国内外现有的大多数雷击火危险性评估方法主要基于气象台站的观测数据,在大兴安岭地区8.3*104km2范围内仅分布5个气象台站的情况下,基于气象台站观测数据评估的雷击火危险等级分布图难以反映区域内火险的详细空间变化。
针对上述问题,本文从植被生长状态、可燃物温度、植被水分含量、地形、雷电五个方面选择森林雷击火危险等级评估指标,借鉴案例推理的思想,提出了一套森林雷击火危险等级评估方法,应用该方法对大兴安岭地区的森林雷击火危险等级评估进行了试验研究。本文的研究内容及结论主要包括以下三个方面:
(1)历史雷击火灾的时空分布规律及雷击火数量与气象要素的关系分析本文分析了大兴安岭地区历史雷击火灾的时空分布特征。从月份分布来看,雷击火主要发生在5-8月,其中5月和6月是雷击火的高发期;从日分布来看,雷击火主要发生在上午9时到下午19时,午后14时到17时是雷击火的高发期。从空间分布来看,大兴安岭地区的雷击火在15000米尺度下空间聚集趋势达到最强,雷击火的“热点”区域主要分布在呼中区、新林区和塔河县的交接地带以及漠河县南部和松岭区北部。
本文利用气象统计数据中的平均气温距平与降水距平百分率指标分析了雷击火数量与气象要素的关系,发现气温和降水两个要素对雷击火数量具有重要影响。雷击火多发生在气温较高,降水量偏少,气候干旱的环境条件下,这为合理地选择基于遥感反演的雷击火危险等级评估指标奠定了基础。
(2)森林雷击火危险等级评估指标的选择与历史雷击火环境数据库的建立本文选择了基于MODIS数据反演的温度条件指数、植被状态指数、水分状态指数作为火险评估的动态指标来反映可燃物状态;选择高程、坡度、地形起伏度和相对坡位指数作为火险评估的静态指标来表达地形特征;选择LIS/OTD雷电密度数据反映研究区雷电的分布及雷电的密集程度。根据历史雷击火记录数据中的火点位置坐标提取了2000-2006年间雷击火发生前各指标数据建立了历史雷击火环境数据库。
(3)基于历史火环境的森林雷击火危险等级评估方法借鉴案例推理的思想,将历史雷击火事件作为案例,以雷击火发生前的各环境指标值作为案例的特征值,计算待评估点火环境与各案例点火环境的相似性,利用核密度估计法计算待评估点与所有案例点的相似性的概率密度分布函数,将最大概率密度值对应的相似性作为待评估点火环境与历史火环境的综合相似性,基于该综合相似性值来划分森林雷击火危险等级。该方法具有较好的数据扩展性,可在不改变评估模型的情况下,不断添加新的雷击火环境数据到火环境数据库中以提高评估的准确性。
最后,本文从三个方面验证了基于历史火环境的森林雷击火危险等级评估方法的有效性:①处于较高火险等级以上的历史雷击火事件的数量占雷击火事件总数的68.8%;②在空间分布上,历史雷击火大部分都位于评估的高火险等级区域;③评估的森林雷击火危险等级分布的时空变化与雷击火数量随时间变化的趋势基本相符。