2015—2019年全國衛(wèi)星林火監(jiān)測熱點的分析及趨勢

田甜 殷繼艷 賈曉麗

摘要 對2015—2019年全國衛(wèi)星監(jiān)測部門發(fā)布的相關(guān)信息，對18 470個監(jiān)測熱點，1 160起林火草原火，228起境外火進行統(tǒng)計研究。分析熱點及林草火的季節(jié)性變化、地域分布和火源種類繁多等發(fā)生特點。結(jié)果表明，熱點數(shù)和火災(zāi)數(shù)在不同年份之間存在一些差異，呈上下波動狀態(tài);空間分布方面，林草火熱點主要集中在我國中南、西南部和東北部，這與我國實際林草火頻發(fā)區(qū)基本吻合;區(qū)域分布方面，全國熱點及森林火災(zāi)主要集中在我國西南部和東北部;時間分布方面，南方地區(qū)熱點及火災(zāi)集中在2—4月，東北地區(qū)集中在氣候干燥的4、10月。

關(guān)鍵詞 遙感圖像;森林火災(zāi);衛(wèi)星林火監(jiān)測;熱點

中圖分類號 S 762.3+2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）21-0140-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.034

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Analysis and Trend of National Satellite Forest Fire Monitoring Hotspots in 2015-2019

TIAN Tian? YIN Ji-yan? JIA Xiao-li2

（1. Ministry of Emergency Management North Aviation Forest Station，Harbin， Heilongjiang 150027; 2.China Fire and Rescue Institute， Beijing 102202）

Abstract 18 470 monitoring hotspots， 1 160 forest and grassland fires， and 228 foreign fires released by satellite monitoring departments in China from 2015 to 2019 were statistically studied. The characteristics of seasonal variation， regional distribution and fire source variety of hot spots and forest and grass fires were analyzed. The study showed that there were some differences between the hot spot number and the fire number in different years，and they fluctuated up and down;in terms of spatial distribution， the hot spots of forest and grass fires in recent five years were mainly concentrated in the central south， southwest and northeast of China， which was basically consistent with the actual frequent forest and grass fires in China;in terms of regional distribution， hot spots and forest fires were mainly concentrated in the southwest and northeast of China;in terms of time distribution， hot spots and fires in southern China were concentrated in February-April.In Northeast China， fires were concentrated in April and October when the climate is dry. The hot spots and forest fires of characteristics and trends in recent five years were summarized， which can provide reliable basis for forest fire management in China under the new situation.

Key words Remote sensing image;Forest fire;Satellite forest fire monitoring;Hotspot

基金項目 國家重點研發(fā)計劃項目“森林和草原自然火災(zāi)全天候災(zāi)情監(jiān)測預(yù)警與處置裝置”（2020YFC1511604）。

作者簡介 田甜（1990—），女，黑龍江牡丹江人，助理工程師，碩士，從事森林防火及衛(wèi)星林火監(jiān)測研究。*通信作者，副教授，博士，從事森林防滅火研究。

收稿日期 2021-03-11

在諸多自然災(zāi)害中，森林火災(zāi)屬于突發(fā)性強、威力及破壞力大的災(zāi)害。一旦發(fā)生森林火災(zāi)，就會給生態(tài)環(huán)境及人民財產(chǎn)安全帶來重大危害和嚴重損失[1]。我國國土面積大，森林和草原分布廣闊，森林植被分布不均，導(dǎo)致我國總體森林面積不高[2]，林火監(jiān)測工作一直是森林草原防火工作的重要組成部分。對于面積范圍大、區(qū)域廣的林區(qū)，依靠地面上的人力瞭望以及巡視、視頻設(shè)備或熱紅外系統(tǒng)監(jiān)控、固定翼或直升機的飛機巡護等監(jiān)測方式，不僅費用昂貴，且工作及操作煩瑣復(fù)雜，尤其對于偏遠的林區(qū)或部分森林盲區(qū)監(jiān)測力度不夠、精度不高，且工作效率低[3]。

運用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得遙感影像，并對影像進行火災(zāi)的風(fēng)險預(yù)警和監(jiān)測，具有實時性強、監(jiān)測范圍廣、經(jīng)濟適用等特點[4-5]，同時在時間、空間分辨率方面以及宏觀層面上都具有一定的優(yōu)勢，為我國森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救提供了動態(tài)數(shù)據(jù)和決策參考[6]。目前，衛(wèi)星遙感影像技術(shù)已經(jīng)成為全球各國在森林火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測方面必不可少的重要方法。正因如此，我國設(shè)立了專門負責(zé)林火監(jiān)測行業(yè)的管理部門，分別為應(yīng)急管理部森林防火預(yù)警監(jiān)測信息中心（原國家林業(yè)局監(jiān)測中心）、西南衛(wèi)星林火監(jiān)測分中心、東北衛(wèi)星林火監(jiān)測分中心和西北衛(wèi)星林火監(jiān)測分中心，由1個中心3個分中心共同承擔(dān)。同時研發(fā)和設(shè)計出一整套適用于全國監(jiān)測火災(zāi)的技術(shù)處理系統(tǒng)，主要利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，結(jié)合全國的地理信息，對我國31省區(qū)及直轄市的地面熱點進行宏觀的林火監(jiān)測，并對監(jiān)測到的熱點進行核查確認。

我國自1993年開展衛(wèi)星林火監(jiān)測工作以來，預(yù)警及監(jiān)測效果很好。近30年來，衛(wèi)星林火監(jiān)測已監(jiān)測到重大、特大森林火災(zāi)百余起，在一些偏遠地區(qū)、重點林區(qū)以及林業(yè)資源豐富的原始林區(qū)，監(jiān)測效果極其顯著，衛(wèi)星監(jiān)測手段不僅擴大了森林火災(zāi)的監(jiān)測范圍，還對于觀測地面盲區(qū)起到很大作用。運用衛(wèi)星林火監(jiān)測技術(shù)，能及時準確地監(jiān)測森林火災(zāi)，實時跟蹤監(jiān)測火災(zāi)發(fā)展態(tài)勢，做到提前發(fā)現(xiàn)熱源，為實現(xiàn)“打早、打小、打了”的目標作出重要貢獻。該研究的衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來源于監(jiān)測中心及3個分中心日常工作所發(fā)布、統(tǒng)計的圖像與熱點信息。星源主要有兩大類，分別為FY-3系列的FY-3A、FY-3B、FY-3C，以及NOAA系列的NOAA-18、NOAA-19，同一監(jiān)測區(qū)域全天可被覆蓋、掃描10余次。這些衛(wèi)星的分辨率約為1.1 km，火點的燃燒范圍與熱輻射量達到一定規(guī)模才可被監(jiān)測到和識別出來。對于森林覆蓋面積較大的林區(qū)、人煙稀少的原始林區(qū)或高山林區(qū)及與鄰國接壤的邊境地帶有較好的監(jiān)測效果。監(jiān)測部門每年發(fā)布圖像約11 000幅，包括公眾圖像（無熱點）與原始圖像（有熱點）。監(jiān)測熱點反饋結(jié)果包括林草火、境外火、計劃燒除、農(nóng)用火等情況。為了更有效地開展我國林火監(jiān)測業(yè)務(wù)，為預(yù)防森林火災(zāi)提供決策依據(jù)，該研究利用2015—2019年全國監(jiān)測熱點數(shù)、林火草原火及境外火數(shù)據(jù)進行比對和分析。

1 主要林火監(jiān)測遙感衛(wèi)星

目前，衛(wèi)星林火監(jiān)測工作（監(jiān)測中心及3個分中心）所使用的遙感衛(wèi)星主要是風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星、高分四號救災(zāi)衛(wèi)星以及美國國家海洋大氣局的NOAA氣象衛(wèi)星。

1.1 風(fēng)云三號（FY-3）極軌氣象衛(wèi)星

FY-3衛(wèi)星是我國為了滿足中國天氣預(yù)報、氣候預(yù)測和環(huán)境監(jiān)測等適應(yīng)監(jiān)測大范圍自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境需求而研發(fā)的第二代極軌氣象衛(wèi)星。該衛(wèi)星共搭載有10余種觀測設(shè)備和儀器，具有監(jiān)測范圍視野廣、觀測頻次密、對地面高溫?zé)嵩疵舾械榷喾矫嫣攸c，使用這種人機交互方法可以較容易地準確識別火點[7]，空間分辨率為1.1 km。由于風(fēng)云三號衛(wèi)星可實現(xiàn)對整個地球全天候組網(wǎng)觀測，即FY-3A和FY-3C屬于上午觀測衛(wèi)星，F(xiàn)Y-3B和FY-3D屬于下午觀測衛(wèi)星，因此每日可對同一空間區(qū)域進行多次掃描，當(dāng)天可多次獲得全球的觀測資料。

1.2 高分四號（GF4）靜止軌道衛(wèi)星

GF4衛(wèi)星于2015年12月發(fā)射并成功入軌[8]，它的主要載荷裝置是一臺50 m的高分辨率凝視相機。利用它的中波段紅外通道特點，即重復(fù)觀測時間間隔短（1 s），較大程度地提升了對我國各地區(qū)及邊境區(qū)域的觀測時效[9]。運用于我國森林火災(zāi)預(yù)警工作方面，一是可以對全國范圍內(nèi)森林及植被進行連續(xù)監(jiān)測，可根據(jù)遙感圖像對其進行森林火災(zāi)風(fēng)險評估;二是可以獲得一些植被的有效信息，如森林可燃物長勢、濕度等。目前，高分四號衛(wèi)星圖像只用于監(jiān)測我國重大森林火災(zāi)，統(tǒng)一由監(jiān)測中心接收并發(fā)布GF4圖像。

1.3 美國NOAA衛(wèi)星

NOAA是來源于美國國家大氣海洋局衛(wèi)星，其衛(wèi)星上搭載著擁有先進技術(shù)的高分辨率輻射載荷數(shù)據(jù)。其獲取并提供的影像可覆蓋整個地球范圍，屬于中分辨率圖像，一直應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測方面[10]。雖然，該氣象衛(wèi)星星下點分辨率只有1.1 km，相對較低，但它對溫度指標很敏感，分辨能力頗強，能識別0.1 hm2的熱點[11]。特別在24 h內(nèi)可重復(fù)觀察同一地區(qū)4次，由于美國NOAA衛(wèi)星具有時效性強、經(jīng)濟成本低的優(yōu)勢，在資源衛(wèi)星中占有重要地位。

2 2015—2019年全國衛(wèi)星林火監(jiān)測數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及分析

2.1 全國31省區(qū)監(jiān)測熱點情況

對2015—2019年全國監(jiān)測熱點數(shù)量比較，可以看出在2015年出現(xiàn)峰值，2017年出現(xiàn)低谷，2016、2017、2018、2019年熱點數(shù)基本保持平穩(wěn)，整體呈下降趨勢（圖1）。

從全國31省區(qū)熱點統(tǒng)計（表1）可以看出，2015—2019年各省區(qū)熱點統(tǒng)計數(shù)據(jù)，位列前4名的省區(qū)分別是廣東、云南、江西、廣西，熱點總數(shù)后3名為青海、天津、上海，其中上海市熱點數(shù)均為0，從未監(jiān)測到熱點情況。

2.2 全國林火草原火情況及分析

針對監(jiān)測部門發(fā)布的所有熱點信息數(shù)據(jù)，31省區(qū)及地方防火部門都需要對其進行熱點反饋，監(jiān)測部門最關(guān)注的反饋為林火草原火的熱點。由表2可知，2015—2019年全國范圍內(nèi)反饋為林草火災(zāi)的共計1 160起，2015年280起，占熱點總數(shù)的4.8%;2016年155起，占4.8%;2017年176起，占6.5%;2018年229起，占6.7%;2019年320起，占9.6%?？梢钥闯隽植莼鸨壤手鹉赀f增趨勢，2019年占比接近10%。

2.3 全國境外火數(shù)據(jù)情況

境外火是國外入侵我國境內(nèi)的火災(zāi)，由表3可知，我國2015—2019年境外火情況控制較好，境外火占當(dāng)年熱點總數(shù)的比例分別為1.8%、1.1%、1.1%、0.8%、1.0%。發(fā)生境外火的省區(qū)有8個，其中西藏和內(nèi)蒙古火災(zāi)數(shù)量多且形勢嚴峻，5年累計火災(zāi)比例高達41.7%和34.6%，二者已占到全部境外火的75%以上;黑龍江13.2%，吉林4.8%，位居境外火數(shù)量的第3、4位;云南、新疆、廣西以及遼寧4省境外火發(fā)生次數(shù)較少。