基于GIS的内蒙古东部火发生研究

论文摘要

火作为生态系统的重要干扰因素之一,对森林、草原生态系统具有重要影响。内蒙古东部森林草原资源丰富,是我国重要的生态屏障,对维持北方生态系统平衡起到极其重要的作用。该区也是我国森林草原火发生最为严重的区域之一。研究内蒙古东部火发生时空分异规律及影响机制,可以为未来火发生的长期预测提供数据支撑,也为当地科学合理的防火工作与资源管理提供科学依据。本文提出了基于MODIS时序数据的火烧迹地提取算法,对2001~2015内蒙古东部火烧迹地进行提取。以此为基础,利用多种GIS方法对15年间内蒙古东部火发生次数及过火面积进行年度、季节、月变化规律分析,探索火发生的关联性及异质性等空间分布特征。采用单因素分析及地理探测器方法揭示气候、地形、可燃物与人类干扰等因素对火发生影响的主要因子。最后构建地理加权逻辑回归模型分析火发生主要影响因子的空间作用规律并对其进行预测。本文的主要结论如下:(1)MODIS时间序列数据能够实现区域尺度下的火烧迹地提取,结合植被覆盖与火点识别可以显著提高火烧迹地提取精度。本文以内蒙古东部森林草原为研究区域提取内蒙古东部的火烧迹地,通过Landsat卫星影像与统计年鉴数据对提取结果进行验证,结果表明本文提出的算法总体精度在80%左右,基于此算法提取的火烧迹地结果具有较高的可靠性。(2)内蒙古东部2001~2015年间火发生的时间变化与空间分布差异明显。森林火与草原火是内蒙古东部火发生的主要类型,其火发生次数与过火面积均呈现波峰波谷交替变化趋势,平均每3年发生一次交替变化。2003年是森林火发生次数与过火面积最为严重的一年,草原火发生次数与过火面积最为严重的年份为2015年。火发生的高峰月份为春季的3、4月份以及秋季的9、10月份,各月草原火数量均多于森林火。火发生的空间分布呈现出较强的集聚性与异质性。森林火发生区域较为集中,主要位于大兴安岭东侧农林交错带;草原火分布较为广泛,在大兴安岭两侧森林草原区以及呼伦贝尔草原区均存在聚集区域。森林火的集聚程度高于草原火。不同季节的火发生空间分布严重不均,大兴安岭东侧是春季火发生的主要区域,秋季火发生的主要区域位于大兴安岭北段西侧。(3)地理探测器能够较好地识别火发生次数与影响因子之间的非线性关系,量化各影响因子的贡献度。对森林火发生具有显著贡献的影响因子为年均风速、年均气温、坡度、归一化植被指数与海拔;对草原火发生具有显著贡献的影响因子依次为年均气温、距耕地距离、海拔、归一化植被指数与植被覆盖度。年均气温、归一化植被指数与海拔是影响内蒙古东部火发生的重要因素。(4)地理加权逻辑回归模型结果表明内蒙古东部年平均气温、NDVI对森林火的影响呈现显著空间变化,海拔、坡度与年平均风速的影响空间变化不显著,森林火易发生于年均气温较高、海拔较低的缓坡区域。NDVI、距耕地距离对草原火的影响呈现显著空间变化,年平均气温、植被覆盖度、海拔的影响空间变化不显著。草原火易发生于海拔较低、距耕地距离较近的高NDVI与高植被覆盖的区域。利用2016~2018年火数据检验模型的预测能力,预测的AUC值分别为0.877与0.808,结果表明模型拟合效果较好。

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Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目标与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 火监测方法

1.2.2 火发生时空规律

1.2.3 火发生影响因素

1.2.4 火发生预测

1.3 研究方案

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 拟解决的关键科学问题

第二章研究区概况与数据获取

2.1 研究区概况

2.1.1 气候条件

2.1.2 地形地貌

2.1.3 森林草原资源

2.1.4 火历史资料

2.2 数据来源

2.2.1 MODIS数据

2.2.2 Landsat数据

2.2.3 其他辅助数据

2.3 数据预处理

2.3.1 MODIS数据预处理

2.3.2 Landsat数据预处理

2.3.3 其他辅助数据预处理

2.4 本章小结

第三章内蒙古东部火烧迹地提取

3.1 火烧迹地提取方法

3.1.1 判别指数选取

3.1.2 提取流程

3.1.3 阈值设置

3.1.4 非火干扰斑块剔除

3.2 结果与精度验证

3.2.1 火烧迹地提取结果

3.2.2 像元精度验证

3.2.3 总量精度验证

3.3 本章小结

第四章内蒙古东部火发生时空分布特征

4.1 数据与预处理

4.1.1 数据来源

4.1.2 数据预处理

4.2 研究方法

4.2.1 全局空间自相关分析方法

4.2.2 局域空间自相关分析方法

4.2.3 空间聚集性分析方法

4.2.4 时空扫描分析方法

4.3 内蒙古东部火发生时间特征

4.3.1 火发生的年际变化

4.3.2 火发生的月变化

4.4 内蒙古东部火发生的空间特征

4.4.1 火发生的区域特征

4.4.2 火发生的空间关联性

4.4.3 火发生的空间异质性

4.4.4 不同时间段内火发生的空间差异性

4.5 本章小结

第五章内蒙古东部火发生的影响因素分析

5.1 研究方法

5.1.1 数据预处理

5.1.2 地理探测器原理

5.2 单因素影响分析结果

5.2.1 气候因素

5.2.2 可燃物因素

5.2.3 人类干扰因素

5.2.4 地形因素

5.3 地理探测结果

5.3.1 影响因素强度探测结果

5.3.2 因子空间分布探测结果

5.4 本章小结

第六章火发生主要影响因子空间作用规律及预测

6.1 数据来源与预处理

6.1.1 数据来源

6.1.2 数据预处理

6.2 研究方法

6.2.1 Logistic回归模型原理

6.2.2 地理加权逻辑回归模型

6.2.3 模型精度评价方法

6.3 森林火发生主要影响因子空间作用规律及预测

6.3.1 模型拟合结果

6.3.2 森林火发生主要影响因子空间作用规律

6.3.3 森林火发生概率预测

6.4 草原火发生主要影响因子空间作用规律及预测

6.4.1 模型拟合结果

6.4.2 草原火发生主要影响因子空间作用规律

6.4.3 草原火发生概率预测

6.5 本章小结

第七章结论与展望

7.1 主要结论

7.2 主要创新点

7.3 研究中的不足与未来展望

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及著作情况

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐英睿

导师: 王野乔

关键词: 火发生,火烧迹地,内蒙古东部,地理加权回归

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,植物保护,林业,计算机软件及计算机应用

单位: 东北师范大学

分类号: P208;S762

总页数: 111

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