中蒙俄跨境地区野火时空格局与风险评估研究

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本研究基于MCD64A1过火迹地产品、MOD14A1\MYD14A1热异常产品,并结合气象、大气环流、植被指数等其他辅助数据,采用空间统计分析,分析了中蒙俄跨境地区野火过火面积和火点个数的时空动态格局;采用Pearson相关分析和结构方程模型等分析方法,分别探讨中蒙俄跨境全区域、俄罗斯远东地区、蒙古国中东部以及中国内蒙古野火过火面积与气候因子,植被状况以及大气环流之间的影响关系;利用随机森林算法对火险因子选择确定了14个最佳火险因子,并利用火险因子的重要性得分进行排序,得到了火险因子的重要性顺序;利用最终选择的14个火险因子,分别采用随机森林算法、经粒子群算法优化的自适应神经模糊推理系统(PSO-ANFIS)和经遗传算法优化的自适应神经模糊推理系统(GA-ANFIS)建立中蒙俄跨境地区野火风险评估模型,实现了中蒙俄跨境地区野火风险的评估与等级划分。研究结果表明:(1)中蒙俄跨境地区野火主要发生在蒙古国东北部的东方省、苏赫巴托尔省以及肯特省,俄罗斯的布里亚特共和国以及后贝加尔边疆区,中国内蒙古地区野火发生相对较少。在2001-2017年,中蒙俄跨境地区总过火面积为467.67万km~2,总火点个数为62.56万个,且火点个数与过火面积在年际上的变化情况基本一致,都呈现微弱下降的趋势。2003、2008、2011、2014和2015年是野火发生最为活跃的年份。春季野火过火面积和火点个数均远高于其他季节,3-6月和10月是研究区野火发生最集中的月份。(2)俄罗斯远东地区近17年野火总过火面积和火点个数远高于蒙古国中东部和中国内蒙古自治区。蒙古国中东部野火过火面积远高于中国内蒙古自治区,但其火点个数要略低于中国内蒙古地区。中国内蒙古地区每年的火点个数较多,但过火面积相比之下却要低的多,这主要是由于中国内蒙古地区具有完善的防火机构和防火政策,可以在野火发生的第一时间进行扑灭,从而减少了大规模野火的蔓延;草原火和森林火是中蒙俄跨境地区最主要的野火发生类型。在2001-2017年,草原火总过火面积占所有土地利用类型上总过火面积的一半以上,森林火次之,可占41%。但森林火的火点个数却将近是草原火点个数的一倍之多。(3)利用Pearson相关方法可以得出,整个中蒙俄跨境地区、俄罗斯远东地区、蒙古中东部以及中国内蒙古自治区不同月份上野火过火面积的相关因素有所差异;在研究区内的俄罗斯远东地区,降水是影响野火过火面积的主要因素,过火面积与降水量呈显著负相关关系。基于结构方程模型分析得到,北极涛动、月平均温度、归一化植被指数、月平均温度、月累积降水量、帕默尔干旱指数以及北大西洋涛动均会显著影响全区域野火过火面积;俄罗斯远东地区过火面积主要受月平均温度和月累积降水量的影响显著;蒙古中东部过火面积受北极涛动、植被指数、月累积降水、月平均温度以及北大西洋涛动指数的显著影响;在中国内蒙古地区野火过火面积仅受北极涛动指数北大西洋涛动的显著影响。(4)根据随机森林模型中各火险因子的重要性排序可得,日温差对野火发生的影响最大,其次为雨日频率,坡度、坡向和夜光数据的影响最小,并最终获得14个最佳火险因子;随机森林在训练数据集上的拟合效果最好,其次是PSO-ANFIS,但是PSO-ANFIS的泛化能力要强于随机森林算法,GA-ANFIS在训练数据集和测试数据集上的表现均较差,尤其是其泛化能力要远弱于随机森林模型和PSO-ANFIS模型。(5)野火风险等级很高的区域主要集中在蒙古国的东方省以及俄罗斯的后贝加尔边疆区以及布里亚特共和国,中国内蒙古东北部存在少量且分散的高风险区域。蒙古国西南部和中国内蒙古自治区西南部火险等级较低,且中-蒙-俄接壤地区的中国境内的火险等级要低于其他两国境内。
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