大兴安岭林火烈度空间格局对气候变化的响应.pdf

摘 要 在北方森林中火干扰是森林景观变化的主导因素。林火烈度作为衡量林火动 态的重要指标，较为直观地反映了火干扰对森林生态系统的破坏程度。林火烈度 空间格局深刻地影响着森林景观中的多种生态过程（如树种组成、种子扩散以及 植被的恢复）。解释林火烈度空间格局有助于揭示林火干扰后森林景观格局的形 成机制，对预测未来林火烈度空间格局以及制定科学合理的林火管理策略均有重 要意义。本研究基于LandsatTM/ETM 遥感影像，将2000-2018 年大兴安岭呼中 林区的 42 场火的林火烈度划分为未过火、轻度、中度、重度 4 个等级。采用 FRAGSTAT 景观格局分析软件从类型水平上计算了斑块所占景观面积比、面积 加权平均斑块面积、面积加权平均斑块分维数、面积加权边缘面积比、斑块密度 5 个景观格局指数，以对林火烈度空间格局进行定量化描述。并且采用随机森林 （Random Forest ）模型，分析了气候、地形、植被对林火烈度空间格局的影响 及其边际效应。最后，使用历史火灾发生期间的气象数据,预测和比较了在不同 火险气象等级条件下潜在林火烈度空间格局。通过研究得出以下结果： （1）轻度火烧斑块在火场中所占比例小，总体形状较为规则（偏向矩形） 但边缘复杂（边界波动明显）；中度火烧斑块在火场中所占比例较大，总体形状 较不规则，且边缘复杂；重度火烧斑块在火场中所占比例最大，总体形状较为规 则且边缘不复杂。相对于未过火、轻度、以及中度火烧斑块，重度火烧斑块的面 积更大、形状更简单。 （2 ）植被覆盖度和相对湿度是影响轻度火烧斑块空间格局最重要的因素。 当植被覆盖度大于0.6 时，轻度火烧斑块在景观中所占比例增加；相对湿度、风 速等气象因子是影响中度火烧斑块空间格局最重要的因素。当相对湿度小于60% 时，中度火烧斑块在景观中所占比例和面积加权平均斑块面积的边际效应值显著 增加；海拔对重度火烧斑块的空间格局起着至关重要的作用，其次是坡向、坡度、 植被覆盖度、相对湿度、温度等；随着海拔的升高，面积加权平均斑块面积和面 积加权平均斑块分维数的边际效应曲线呈上升趋势，而面积加权边缘面积比和斑 块密度呈下降趋势。 （3 ）随着火险天气等级的升高，轻度火烧斑块空间格局对气候/气象条件变 化的响应不敏感；中度火烧斑块空间格局对高火险天气变化较为敏感。在高火险 天气条件下，中度火烧斑块的面积变大，形状变复杂，斑块的数量减少；在高火 险天气条件下，重度火烧斑块的边缘和斑块的数量有增加的趋势，但斑块所占景 观面积比和面积加权平均斑块面积的并没有增加。 I （4 ）总体来看，2000-2018 年大兴安岭呼中森林景观中重度火烧斑块与未过 火、轻度以及中度火烧斑块存在显著差异性。相对于气候而言，地形和植被对于 塑造重度火烧斑块空间格局具有重要作用。在高火险天气条件下，重度火烧斑块 的形状变得简单，不利于森林火烧迹地植被的恢复。因此，应针对重度火烧区域 进行可燃物处理，从景观层面上合理配置森林斑块，从而降低高烈度森林大火发 生的风险。 关键词：林火烈度；空间格局；景观指数；随机森林模型；大兴安岭 II Abstract Fire is a major driver of forest landscape change in boreal forests. Burn severity is one of the main indexes for measuring the damage degree of fire on forest ecosystems. Spatial patterns of burn severity affect numerous ecological processes (e.g., species composition, seed dispersal, and vegetation restoration). Explaini