长白山自然保护区风灾迹地火灾风险评价

Assessment of Fire risk in wind disaster area of the Changbai Mountain Nature Reserve

GAO Xue-jiao¹,LIANG Yu²,XU Jia-wei¹,JIN Ying-hua¹,CHEN Ying-yi¹,YANG Zhi-peng¹

(1.School of Geographical Science, Northeast NormalUniversity,Changchun,130024,China; 2.Institute of Applied Ecology,China Academy of Science,Shenyang,110016,China)

Abstract:Changbai Mountain Natural Reserve was attacked by a strong typhoon in August,1986, the forests in west and south slope suffered serious damage,and formed a large area of hurricane slash.After thirty years of succession,the wind disaster area formed a flammable vegetation zone in the main shrub and grass.The research basing on the field investigation,using Remote Sensing and ArcGIS technology as the assistant,made quantitative analysis of forest fire risk grade of wind disaster area.In addition,the research choosing the fire environment,fire conditions and fuel types of Changbai Mountain Nature Reserve as the impact factors of risk assessment,used Analytic Hierarchy Process determining factor weight;then got fire danger rating of the wind disaster area by means of multi-factor weighted superposition method.Finally,the Changbai Mountain disaster area was divided into high,middle and low,three types of fire danger grade.

Keyword：Changbai Mountain Natural Reserve;wind disaster area;forest fire impact factor;risk evaluation

1986年8月28日，受15号强台风的袭击，长白山保护区分布在自海拔750~2 000 m的西、南两坡的原始森林遭受了严重的风灾，形成了37 961hm²风灾区^[1]。实际风倒面积6229hm²，占保护区面积的16.41%^[2]，风倒的林木蓄积约250万m³。

图1长白山风灾迹地植被现状图

受灾林地包括针阔混交林、针叶林和岳桦林。风倒区经过30年的自然演替，转化为风灾迹地^[3]。风灾迹地中已恢复为森林的面积为175.78hm²，占风灾迹地面积的2.82%，主要分布在针阔混交林带，以杨桦等先锋树种为主，为次生阔叶林；半恢复面积399.91hm²，占风灾迹地面积的6.42%，植被类型为针叶幼树；未恢复面积5 653.31hm²，仍占风倒迹地面积的90.76%，大部分已成为以小叶章为主的草地^[4-5](图1)。这些区域极易引发火灾，并且蔓延整个自然保护区。

风灾迹地草甸化和沼泽化，不仅破坏了森林景观，更增大了火险等级，严重威胁着保护区内的森林安全^[6-7]。因此，对风灾迹地进行火险评价对森林火灾的预测和预防显得尤为重要。

1 研究区基本概况

长白山自然保护区位于吉林省东南部，地跨白山市的抚松、长白和延边朝鲜族自治州的安图三县，东南与朝鲜毗邻。地理坐标为东经127°42′5″~128°16′48″，北纬41°41′49″~42°25′18″。南北最大长度为80 km，东西最大宽度达42 km，总面积为196 465 hm²。其中，核心区面积128 312 hm²，缓冲区面积20 043 hm²，实验区面积48 110 hm²。周边有7个林业局(森林经营局)，22个乡镇，23万人口。区内海拔从700 m到2 700 m，水平距离45 km，在这区间分布着从温带到极地几千公里范围的植被，并且呈明显的垂直分布。

2 研究方法和内容

2.1林火影响因子选定

根据森林燃烧环网理论和主导因素的原则，结合长白山地区的自然、经济和社会属性，选取火环境、火源条件、可燃物性质三大类共11个指标。

2.1.1火环境

（1）气候条件

研究区气候为受季风影响的温带大陆性山地气候，年积温为704.2~2 770.4℃，1月份气温为-16.0~-23.0℃，7月份气温为8.6~20.1℃，年最低气温-44.0℃，年最高气温33.2℃。年降水量817.0~1 332.6mm，1月份降水量10.5~12.7 mm，7月份降水量185.5~346.2 mm。年相对湿度66%~67%，1月份相对湿度64%~66%，7月份相对湿度79%~91%。无霜期65~118 d^[9-10]。西坡正位于迎风坡，非常容易受到强劲西风的毁坏，东北坡一侧和西南坡一侧是经常发生焚风的区域，造成该地区气温升高，空气相对湿度小，可燃物变得极端干燥。

①坡向

不同的坡向受太阳的辐射不一样，南坡受到太阳的直接辐射大于北坡，偏东坡上午受到太阳的直接辐射大于下午，偏西坡则相反。南坡的温度最高，可燃物干燥、易燃。而风灾迹地的西坡植被破坏严重，多为风倒迹地，枯枝落叶层厚，逢天气干燥风大之时就易引起火灾。本研究中将坡向划分为两类：阳坡(135°<坡向≤315°)和阴坡(0°<坡向≤135°和315°<坡向≤360°)。研究区阳坡面积为1589.71hm²，占风灾迹地面积的25.52%；阴坡面积为4639.36hm²，占风灾迹地面积的74.48%（图2）。

图2风灾迹地坡向图

②坡度

坡度不同，火对林木危害程度也不同。一般情况下，坡度越小，火灾对林木危害越严重，长白山风灾迹地陡坡居多（图3）。长白山降水较多，但是由于坡度不同，降水停滞不一样，陡坡降水停留时间短，水分容易流失，可燃物非常容易干燥。半恢复区域中，坡度大于25°的区域面积为64.77hm²，占半恢复区的16.2%；未恢复区域中，坡度大于25°的区域面积为3392.60hm²，占未恢复区的60.0%。坡度愈大，上山火的速度越快，下山火则相反。特别是当坡度大于45°时，下山火往往因正在燃烧的可燃物滚落造成上山火。

图3风灾迹地坡度图

③坡位

在相同的坡向和坡度条件下，不同坡位的温湿状况、土壤条件、植被条件不同。从坡脚到坡腰再到坡顶，温度由高到低，土壤由肥变瘠，植被由茂密到稀疏。不同坡位发生火灾的易控程度不同，发生在坡脚的最难控制，其次是坡腰，再次是坡顶。一般情况下，坡底的着火日夜变化较大，白天强烈，夜间较弱。坡底的植被，一旦燃烧，其火强度很大，顺坡加速蔓延不易控制。坡顶的林火日夜变化较小，其火强度较低。

2.1.2火源条件

每年的4月-6月春夏之交，长白山地区气候干燥，持续高温，雷雨频繁，林区极易发生由于雷暴引发的森林雷击火灾。根据气象资料和长白山森林火灾数据分析，约占51%的火灾是由于雷暴天气引起的^[11-12]。近些年来，随着旅游业的兴起，到长白山的游客明显增多，平均每年游客量逾10万人次，景区内丢弃的垃圾（如矿泉水瓶等）是隐形的火源。此外，中朝边境陆路接壤区朝方人员从事生产及越境盗采，增大了发生火灾的可能性。

2.1.3可燃物性质

森林易燃类型是火险的重要指标，依照目前长白山风灾迹地的植被恢复现状，对长白山风灾迹地的植被易燃性进行分类（表1）。

表1风灾迹地植被易燃类型

2.2指标体系的形成和权重的确定

2.2.1指标体系的形成

通过上述因素的分析，着重探讨指标因子对森林火灾的影响，采用适应性评价方法，最终得到符合长白山风灾迹地的森林火险等级评价的影响因子指标体系(图4)：

图4长白山自然保护区风灾迹地火险评价指标体系

2.2.2评价矩阵的建立以及权重的确定

层次分析法是由美国运筹学家T.L.Saaty于20世纪70年代提出的一种实用的多准则决策方法。本研究采用层次分析法，根据图4的指标体系对因子两两比较重要程度并逐层构造判断矩阵，进行层次单排序和一致性检验，最后进行总排序和组合一致性检验。采用AHP分析中的数字1-9及其倒数作为标度，1表示两因素相比，具有相同的重要性；3是前者比后者重要；5是前者比后者明显重要；7是前者比后者强烈重要；9是前者比后者极端重要。通过定性转变为定量分析的方法，进行一致性检验CR=0.0339<0.1，通过一致性检验，得到各个因子的权重值，较合理地解决定性问题定量化的处理过程。计算结果如表2所示。

表2风灾迹地火险评价体系及因子权重

通过层次分析法对长白山风灾迹地火灾影响因子进行分析可以看出，影响因子中可燃物性质的影响最大，其次是火环境，影响相对较小的是火源条件。其中，可燃物类型的影响最大，权重为0.27；然后是地形的三个影响因子以及郁闭度和蓄积量，权重分别为0.10、0.08、0.08、0.09和0.08；影响相对较小的是气候因素和人为负干扰，分别仅占0.05和0.06。

2.3评价结果

2.3.1划分评价单元

如1表基于ARCGIS的空间处理功能，在立地分类的基础上划分评价单元，采用四级编码，第一位数表示一级指标的坡向类型，如1表示阳坡；第二位数表示二级指标的坡度类型，如1表示缓坡；第三位数表示三级指标的坡位类型，如1表示坡脚；第四位数表示四级指标的植被类型，如1表示云冷杉林。各级指标组合起来建立指标体系，如“1111”表示阳缓坡坡脚云冷杉林迹地，“2222”表示阴陡坡坡腰云冷杉-岳桦混交林迹地，可以得到长白山自然保护区风灾迹地35个评价单元。

采用了等级赋分法对评价因子进行赋分。具体地，根据各评价因子对森林火灾发生的影响大小，将指标依据不同的范围进行分级划分，对每级赋予相应的分值，分值越大，则其影响程度越大，分值范围为0——10，所有评价因子实现量化处理，便于进行综合分析和评价。通过层次分析法和因子等级赋分法，得影响因子权重与等级体系（表3）。基于ArcGIS空间处理方法，邀请对长白山植被、土壤、气象进行常年观测和研究的专家学者对指标因素进行重要性等级赋值，综合获得各评价单元的分值、面积和比例（表4）。

表3 影响因子权重与等级体系

表4长白山自然保护区风灾迹地火险评价单元名称、分值、面积表