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森林火灾对人民生命、环境、经济均造成巨大危害,很多国家建立了多种森林火灾的气象风险评价指数,并对当地气候植被状况下气象火险指数与火灾的关系做了研究。
因为气象因子和气候特征对一个地区的火灾分布特征有决定性影响,气象因子与森林火灾的关系在中国不同地区有不同的表现,森林火灾的多种气象风险评价指数,在我国不同地区的适应性也有很大差别。目前,由于缺少对气象因子和森林火灾之间关系的精细和基础分析,一个全国水平的火险预报体系有待于更完善的建立。虽然FWI、FFWI、DF、DG和FFDI等火险指数在中国部分区域已被引进。但是,目前对于这些火险指数在中国不同气候区的适用性,还未有深入研究。全国范围内不同气候区火灾气象指数与火灾之间的关系,未得到深入分析,一个适用于全国范围的火险预报方法体系有待于进一步的建立。
本论文将中国主要森林火灾的地区划分成四个区域(东北、华北、华南和西南),应用遥感火灾监测信息和地面气象资料,做了一下几方面研究:
(1)分析了研究区域火灾的时空分布特征。
(2)我们应用半参数化Logistic回归模型对气象因子与森林火险概率之间的非线性关系作了分析,并建立起了基于气象因子的火险概率模型,对1958-2007年50年的历史火险概率做了模拟,分析了50年来气象因子及火险概率的变化情况。
(3)在日时间尺度和月时间尺度上,应用相关分析对美国的气象火险指数Keetch-Byram Drought Index(KBDI)、日最高温、降雨与火灾发生数量之间的关系作了研究,结果表明KBDI与火灾数量之间的相关性有一定的时空分布。在每个研究区,KBDI与火灾数量之间的相关性在着火季节优于非着火季节。在每个研究区,KBDI与火灾数量之间的相关性随纬度的变化有一定的变化趋势。研究表明,KBDI在中国部分地区有一定的极端火险预报能力。
(4)为了进一步分析包括KBDI在内的美国、加拿大和澳大利亚的几个重要的火险指数在中国四个研究区的适应性及其时空差异,建立基于气象火险指数的着火概率模型,我们使用1996-2008年的气象及火点位置数据,以位置变量、儒略日、海拔、气象火险指数(FFMC、DMC、DC、ISI、BUI、FWI、DSR、FFWI、KBDI、FFDI和DG)、植被指数为自变量,建立了半参数化Logistic回归模型,用于分析日时间尺度上的位置变量、儒略日、海拔、气象火险指数、植被指数与火灾发生之间的非线性关系。并在不同气候区做了日时间尺度着火概率图,显示出在中国不同气候区,基于气象火险指数的概率模型模拟日时间尺度着火概率并作出概率预报图的可行性。
(5)为了分析气象火险指数在中国不同时空尺度上的适用性,同时为了分析气象火险指数与火灾蔓延的关系,建立大面积火灾预报系统,应用1998-2007年的气象及火灾面积数据,建立了着火概率模型和有条件大火概率模型,分析了月时间尺度上气象火险指数对着火概率及大火概率的预测能力,模拟不同气候区着火概率、有条件大火概率、无条件大火概率。在同一区域,着火概率模型与有条件大火概率模型所选择的自变量组合不同,在不同区域间,相同模型所选择的自变量组合也不同,这与不同气候区的气象及植被状况不同有较大关系。在月时间尺度上,每个地区最终着火概率模型所选择的自变量组和与日时间尺度上的模型不同。表明,火险气象概率在不同时间尺度上的火险预报能力有所不同。显示出应用时空变量、气象火险指数、植被指数建立半参数化logistic回归模型模拟月时间尺度大火发生概率的可行性和实际应用能力。
本研究为进一步分析气候与火险之间的动态关系、展开火险预报研究提供了理论基础,为实际应用气象火险指数分析火险概率提供了参考依据、为中国不同气候区火险概率精确预报提供了参考和模型基础。