基于潜能模型理论的草原人为火源可达性研究 ——以陈巴尔虎旗为例
作者单位：东北师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：张正祥
授予年度：2019年
学科分类：07[理学] 070503[理学-地图学与地理信息系统] 0705[理学-地理学] 0713[理学-生态学]
摘 要：草原作为最重要的生态系统之一,覆盖了全球陆地表面近1/5的区域,然而在草原区域,火灾作为最重要的干扰因素之一,极大地影响着当地的经济和生态状况。中国具有丰富的草原资源,草原面积约占国土总面积的40%,是中国最大的内陆生态系统,这些区域一旦发生火灾,将对牧区人民的生命财产安全与当地的生态系统产生极大地损害。在中国所有的草原中,频繁发生火灾的区域占到了1/6,其中,大部分是由人为火源引起,因此需要对人为火源对草原火发生的驱动机制进行研究。目前在人为火源引起的草原火的研究中,大部分学者仅局限于通过简单的行政区统计探讨人为火源与火灾发生的关系,很少有从人为火源可达性角度探讨人为火源对于草原火发生的影响。在本文中居民点、道路和耕地的规模与空间分布被用来代表人为活动强度以及空间分布,并基于潜能模型的原理综合考虑了人为火源的这两种属性,弥补了前人研究中的不足。本文以内蒙古自治区陈巴尔虎旗为研究区,基于潜能模型理论构建了一个火源潜能模型用于估算人为火源的总体出发能力与摩擦系数,通过对火源潜能模型的进一步改进,构建了一个火源可达性模型。此外,还应用了非线性回归、神经网络（多层感知机）、多元线性回归、相关分析等方法对研究区综合人为火源可达性分布进行研究,得到如下结果:（1）利用Landsat8与谷歌卫星影像解译出了覆盖研究区的土地利用数据,使用该数据对2000-2016年间的MODIS火产品进行提取,通过分析可知研究区共发生草原火568次,其中以鄂温克民族苏木发生次数最多,为375次;研究区火点密度为0.0305次/km,以宝日希勒镇（特尼河地区）最高,为0.1061次/km;研究区草原火频率为33.35次/年,其中以2014年的84次最高。（2）结合坡度对各种土地利用类型和各等级道路通行速度进行了赋值,得到了研究区通行时间成本栅格数据。对其进行分析可知,时间成本栅格的高值与坡度高值有一部分的重合区,主要位于研究区的东部与西北部,此外,在湿地与水体覆盖区域,时间成本也较高。而低值则主要位于高等级道路与高密度路网覆盖区域。（3）三类初级火源（居民地、道路和耕地）按照属性（速度、面积）被分成了十类次级火源。按照火源潜能模型分别对这十种火源进行非线性回归拟合,10类次级火源中有6类次级火源拟合效果较好,分别为二、三级居民点,四、五、六级道路以及耕地,其中三级居民点对应的M、值大于二级居民点,六级、五级与四级道路三者对应的M与值也依次递减,说明低等级的居民点与道路火源的总出发能力受时间阻隔的影响都较大。六类次级火源图层基于初级火源叠加后,形成三种火源的可达性数据,通过分析发现,每一种火源可达性对于研究区人为火源可达性能力分布都有一定的解释作用。（4）运用神经网络中的多层感知机被用来获得三种火源可达性图层叠加权重,对该模型进行评估,其AUC值为0.822,表现较好。对叠加生成的综合人为火源可达性指数进行分析可知,研究区综合人为火源可达性指数平均值达到0.369,说明该地区人为火源可达性风险较高。（5）通过等间隔分类方法对综合人为火源可达性指数进行分级,分别统计每个等级区内包含的验证火点数（2014-2016）。结果显示,极低可达性、低可达性、中等可达性区、高可达性区、极高可达性区分别包含2.94%、18.82%、20.01%、22.35%、35.88%的验证火点。此外,Kernel密度验证结果显示,火点的Kernel密度与综合人为火源可达性指数在0.01水平上显著正相关。两种验证结果均表示,该指数能够一定程度上表示人为火源可达性的分布情况。（6）综合人为火源可达性指数呈现出明显的由西向东逐渐升高的趋势,根据各行政单元间指数高低的明显差异,将研究区分成了西部低指数区、中部中指数区、东部高指数区三部分,西部低指数区平均综合人为火源可达性指数为0.196,中部平均可达性指数较高,为0.333,东部平均可达性指数最高,为0.553。运用多元线性回归对综合人为火源可达性指数中三种火源的影响权重进行研究,得出耕地火源可达性是整个研究区综合人为火源可达性指数的主要影响因子,权重系数为0.478;在西部低值数区与东部高指数区,均以耕地火源可达性为对应指数区的主导因素,而在中部中指数区,道路火源可达性与耕地火源可达性权重系数基本持平,共同作为该指数区的主导因素,以居民点火源可达性权重最小。
同方学位论文库