河南省火灾影响因素的空间分析

第33卷第7期2014年7月

地理科学进展

Vol.33,No.7July2014

河南省火灾影响因素的空间分析

张海军

(南阳师范学院环境科学与旅游学院，河南南阳473061)

摘

要：科学揭示火灾及其影响因素间的空间关系可为防火管理提供决策支持和有益启示。以往研究多在“空间

平稳”的框架下进行火灾影响因素分析，但火灾和其可量化的影响因素往往自身均表现为“空间异质”，基于非空间的全局模型模拟可能会得出误导性甚至错误的结论。地理加权回归(GWR)可解释火灾及其影响因素间空间关系的局部变异。本文选取影响火灾分布的高程、坡度、居民地可达性、道路可达性、地表温度、归一化差植被指数和全球植被湿度指数作为解释变量，以是否火烧作为二元因变量，应用logisticGWR对河南省2002-2012年火季(9-10月)火灾的影响因素进行探索性分析。以多时态空间抽样取得训练样本，利用GWR4.0软件开发一个logis-ticGWR火烧概率模型，从可靠性和区分能力两方面对模型性能分别进行内部检验和独立检验，以确保火灾影响因素分析的可靠和合理性。结果表明：①坡度、居民地可达性、温度、植被长势和植被湿度对河南省火灾的影响呈现显著空间变化，高程、道路可达性的影响空间变化不显著，低海拔、道路可达性差的区域更易发生火灾。②温度和植被长势对火灾影响省内全局显著，坡度、居民地可达性和植被湿度对火灾影响在省内仅部分区域显著。③河南省可划分为7种类型区，不同类型区的火灾影响因素相对重要性存在差异，应因地制宜制定防火策略和确定防火重点。④logisticGWR模型可用于分析火灾影响因素的局部空间变异，作为火险研究的一种有效工具。关键词：火灾影响因素；地理加权回归；逻辑斯蒂回归；局部模型；河南省doi:10.11820/dlkxjz.2014.07.011

中图分类号：X43

文献标识码：A

1引言

严重火灾事件可导致巨大经济损失、环境毁坏，甚至人员伤亡。因火险预报和模拟研究对火灾监测和防控有实际价值和启示作用(Purietal,2011)，已受到学界的广泛关注和重视(Chuviecoetal,2010;Preisleretal,2011;Bisquertetal,2012;Zhangetal,2013)。已有研究更多关注模型预报或模拟的精度，对火灾影响因素的空间分析尚缺乏足够重视，在预报模型方面突出表现为主要开发的是一些全局或半局部模型，如logistic全局回归(邓欧等,2012;Lozanoetal,2007;Preisleretal,2011;Bis-quertetal,2012;Zhangetal,2013)、人工神经网络(Bisquertetal,2012)、贝叶斯网络(Dlamini,2011)、最大熵模型(Parisienetal,2012)等。实际上，火灾的发生和诱发蔓延机制通常比较复杂，火灾的影响

因素及其重要程度在不同区域往往并不相同(Martí nez-Fernándezetal,2013)，当涉及环境条件异质的较大区域时尤其如此。科学揭示火灾事件及其影响因素间的空间关系有助于人们更好地理解火灾发生机制，而错误地解释这种关系会造成模拟预报结果的偏差，对防火工作造成不利影响。

火灾影响因素的空间分析可找出影响火灾的主要因素并对其影响程度进行空间分布制图，有利于加深人们对火灾发生机制的理解，并可为防火管理提供决策支持和有益启示。近年来，受全球气候异常的影响，河南省的火灾呈多发频发趋势(郭其乐等,2009)，已成为全省破坏性和影响力最强的人为灾害之一(景国勋等,2007)。遥感数据因其高可用性和低成本，正日益成为火险研究中重要和常用的数据源(Lozanoetal,2007;Dlamini,2011;Bis-quertetal,2012;Zhangetal,2013)。然而，从遥感

收稿日期：2013-11；修订日期：2014-03。

基金项目：国家自然科学基金项目（41201099，30771744）。作者简介：张海军（1978-），男，河北滦平人，硕士研究生，讲师，主要从事自然灾害模拟、评估和预警监测研究，

E-mail:hjzhangny@。

958-968页

卷第7期张海军：河南省火灾影响因素的空间分析959

数据提取的火环境因子通常呈现空间异质性(Gar-riguesetal,2006)。地理加权回归(geographicallyweightedregression,GWR)可用于建模空间变异关系，扩展后的logistic模型可用于带有二元因变量的地理空间过程模拟(Wuetal,2013)，目前该模型在火险研究中的应用仍比较少(Martí nez-Fernándezetal,2013)。基于河南省2002-2012年的MODIS卫星遥感数据，本文选取反映地形、人类活动可达性、温度和植被状态4个方面的火环境因素，应用logis-tic地理加权回归(LGWR)建模技术对火灾的影响因素进行探索性分析，为河南省的防火区划和防火管理提供参考和借鉴。

2研究方法

2.1河南省2002-2012年火烧迹地的时空分布

MODISMCD45A1火烧迹地数据以500m分辨率的月产品形式发布(Boschettietal,2010)。河南省2002-2012年的MCD45A1L3火烧迹地数据从USGS的LPDAAC(LandProcessesDistributedActiveArchiveCenter)下载并用MRT(MODISRe-projectionTool)工具拼接。图1、图2分别为河南省2002-2012年火烧迹地的空间和时间分布。

从图1可知，2002-2012年，火烧迹地的分布遍及河南省的所有地级市，按火烧密度从大到小依次为：鹤壁、漯河、周口、驻马店、平顶山、商丘、濮阳、新乡、安阳、焦作、许昌、洛阳、南阳、济源、开封、信阳、郑州、三门峡。从图2可知，2002-2012年，火烧面积最多的月份是9月和10月(2007年略显异常)。考虑到火烧迹地数据相邻月份间总存在16天的重叠期(Boschettietal,2010)，本文参照MCD45A1L3的数据质量和处理信息，从每年的火季(9-10月)中选取1个典型月份作后续分析。图2中用星形标记的为本研究选取的月份。2.2火环境因子层的计算

火灾发生与地形、人类活动、气象、植被状态等多种因素相关，不同区域火灾发生和蔓延诱发因素的重要性也不完全相同(Lozanoetal,2007)。本文选取涉及地形(高程(Al)和坡度(Sl))、人类活动可达性(居民地可达性(Dv)、道路可达性(Dp))、地表温度(LST)、植被状态(归一化差植被指数(NDVI)和全球植被湿度指数(GVMI))4个方面共7个火环境因

图1河南省2002-2012年火烧迹地的空间分布Fig.1Spatialdistributionoftheburnedareafrom2002to

2012inHenan

Province

图2河南省2002-2012年火烧迹地的时间分布Fig.2Temporaldistributionoftheburnedareafrom2002to

2012inHenanProvince

子。从中科院科学数据库下载90m的SRTMDEM数据，并重采样为1km后在ArcGIS中生成因子Al和Sl。从1∶100万中国数字地图数据库中提取居民地和道路数据，利用欧氏距离工具生成因子Dv和Dp。从NASA的戈达德太空飞行中心(GoddardSpaceFlightCenter)下载MOD11A2L3地表温度、MOD13A3L3植被指数、MOD09A1L3地表反射率和MCD12Q1L3土地覆盖数据。因MCD45A1L3火烧迹地为月发布数据，故用对应时间的4期8天的MOD11A2L3数据最大值合成生成因子LST，提取MOD13A3L3的NDVI数据生成因子NDVI。因子GVMI采用对应时间4期8天的GVMI

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