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森林和人类生活息息相关,森林每年为人类生产出大量的木材和多种多样的林副产品,而且森林的生态作用远远超过了它的物质作用。近年来,随着人类活动的影响和全球气候的异常变化,全球森林火灾有加剧的趋势。火灾对森林资源和生态环境的破坏十分严重,研究森林火灾规律与预防扑救方法对减少林火危害、保护生态环境具有重要意义。
国内外对于大尺度地区森林火灾的研究比较多,而对于区域尺度下林火特点的研究比较少。本文选取北京市房山区作为研究区,研究了区域尺度下林火发生的时空规律和分形特点,并构建了区域级的林火决策系统。本文的主要工作和研究成果有:
(1)研究并阐明了房山区的林火时空分布规律。
利用房山区19年来的历史林火数据,分析了林火发生的时间和空间规律,以及林火与气象因子之间的关系。研究结果表明,在时间上,房山区林火月份特征和时特征比较明显。林火的发生与风速、温度、降雨量、相对湿度等气象因子相关。在空间上,林火的发生受居民点、道路、水系、海拔、坡度、坡向以及林业小班数据的影响。这说明林火的发生和人类活动有极其密切的联系。预报的火险等级中,四级火险和林火发生的一致性最好。
(2)研究分析了区域尺度下林火的分形规律。
利用分形理论对选择的样区计算了森林区域、道路、河流、居民点和历史林火点的分维数,并与林火次数做了对比分析;使用R/S分析方法对房山区林火未来的发展趋势做了预测。结果表明,林区、道路、河流、居民点和林火的空间分布符合分形规律;历史火点、森林和道路分维数与森林火灾次数变化一致,而居民点和河流分维数则与林火次数相反;在林火多发区内,居民点和河道稀疏的地方,更容易发生火灾。房山区林火Hurst指数为0.5914,林火发生偶然性和随机性很大,未来在一定程度上会延续林火次数下降的趋势。
(3)利用空间分析技术,为区域级防火资源布局规划提供解决方案。
考虑多种因素,对房山区进行了火险区划分析;对瞭望塔进行了通视分析,在时空分析和分形分析的基础上研究了瞭望塔选址的优化原则;对消防队的覆盖范围能力做了评估。
(4)构建了区域级林火决策系统,并已经移交房山区林业局实现了业务运行。
根据房山区目前使用的火险天气预报模型、林火行为预报模型、扑救兵力计算模型和损失评估计算模型,开发了林火决策系统。为了让不同的系统协同工作,对房山区林业局已有的软硬件平台进行了集成。到目前为止,该林火决策系统在房山区林业局已经运行半年多时间,在森林防火工作中发挥了重要作用。实践证明,该系统能够有效预报火险天气、管理林业信息,并且一旦发生火灾,该系统可以提供灵活的扑救方案,有效地提高了林火扑救效率。