大兴安岭地区林火时空格局及其驱动机制

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森林作为陆地生态系统的主体,是人类生产生活的基本物质来源。林火作为森林生态系统的主要干扰因素之一,对森林生态系统具有双重性。近几十年来由于全球气候变化,世界范围人口膨胀,工业化进程加快,人类的活动影响加剧,林火发生的危险性提高,给森林资源的持续稳定发展带来严重威胁。大兴安岭地区作为我国寒温针叶林的主要分布区,在我国林业生产上具有重要的战略意义,林火的频发和灾害性的林火给当地居民生产生活带来严重威胁,研究该地区林火发生规律对当地科学合理的森林管理和防灾减灾具有重要意义。  本研究利用大兴安岭地区1967-2006年的林火资料,结合气象因子、土地利用、社会等因子,从林火动态和林火发生密度的角度出发,分析了大兴安岭地区林火动态,并采用核密度分析和随机森林方法,分析该地区林火发生密度的分布规律及其驱动机制,同时评估未来气候情景下大兴安岭地区林火发生密度。  主要取得以下研究成果:  (1)1967-2006年间,大兴安岭地区林火发生频率呈现先上升-后下降-再上升的趋势,这种变化主要是由雷击火和人为火发生频率变化趋势差异引起的。在研究时期内,雷击火呈现显著上升的趋势,而人为火呈现显著下降的趋势。同时,大兴安岭地区的过火面积表现出与林火发生频率类似的趋势。进一步分析雷击火和人为火发生频率和过火面积的驱动机制发现,雷击火和人为火的驱动机制很不相同。雷击火发生频率和过火面积主要取决于气象因子,而人为火发生频率和过火面积则取决于气象因子和社会因素的共同作用。  (2)大兴安岭地区林火以森林火警和一般森林火灾级别为主,并在1967-2006年间森林火警和一般森林火灾级别的林火呈现出不显著的上升趋势,重大森林火灾和特大森林火灾级别的林火呈下降趋势,其中重大森林火灾级别的林火达到极显著水平。不同时期降水量大小是影响各级别林火发生次数的主要因素,特大火灾级别的林火与春季火险期的干旱程度有很显著的关系。  (3)大兴安岭地区存在明显两个火险期,春季火险期和秋季火险期,其中大部分林火均发生在春季火险期。1967-2006年间,春季火险期呈现出推迟趋势,而秋季火险期则保持稳定。春季火险期的提前主要是由人为火始发时间推迟导致,虽然同时期的雷击火始发时间呈现提前趋势,但是由于人为火的首次发生时间早于雷击火,因而雷击火首次发生时间提前并未改变春季火险期。分析雷击火和人为火春季火险期始发时间的驱动机制发现两类火始发时间均由初期的能量积累所控制,人为火推迟主要是由于非火险期降水量增加趋势导致,而雷击火始发时间提前则由于温度升高导致。  (4)1967-2006年大兴安岭地区雷击火发生密度平均值0.1314次/103km2yr-1,变化范围为0.0006-0.3068次/103km2yr-1;人为火发生密度的平均值和变化幅度均高于雷击火,其平均值0.2238次/103km2yr-1,变化范围为0.0013-1.3386次/103km2yr-1。雷击火和人为火均呈现出很高的异质性和聚集性:雷击火高密度区域主要集中在纬度较高的区域,而人为火高密度区域主要集中在城市和道路两侧。40年间林火发生密度也发生很大的变化,人为火发生密度出现迅速降低趋势均集中在人为火发生的高密度区域,而其他区域的人为火发生密度呈现轻微上升趋势;雷击火发生密度出现迅速上升大部分均集中在雷击火发生的高密度区域,而在其他区域雷击火发生密度虽然发生降低趋势但是幅度远小于人为火。  (5)气象因子是影响雷击火和人为火发生密度的时空分布主要因素,但是部分气象因子对雷击火和人为火有着不同的驱动机制。海拔是地形因子中对雷击火和人为火发生密度的时空分布贡献最多的因子,而坡度坡向对当地林火发生密度的时空分布并未起较大作用。由于大兴安岭地区植被类型和土地利用方式相对单一,因此这两因素对当地林火发生密度的时空分布作用较小。人为因素中的道路对雷击火和人为火发生密度的时空分布有着一定的影响,但是其对雷击火和人为火的作用机制也不同。最后,政府政策对于人为火发生密度的高低起着很重要的作用。  (6)在RCP4.5和RCP8.5两种未来气候情景下,由于大兴安岭地区降水增加对林火的抑制超过温度增加导致的促进作用,因此2021-2050年间该地区雷击火和人为火平均发生密度均低于1967-2006年的平均水平,降低程度达一半以上。由于RCP8.5情景下温度增加更多,因此RCP8.5情景下的林火发生密度略高于RCP4.5情景。  综上所述,大兴安岭地区林火表现出人为火主导转变为雷击火主导的趋势,未来该地区的防火难度将会加大。虽然未来气候情景下大兴安岭地区林火发生密度在降低,但林火发生只是林火的一方面,林火发生次数的降低并不代表林火的危害性降低,未来林火的强度和烈度值得进一步深入研究。  
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