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森林资源是重要的自然资源，是地球生态系统的重要组成部分，在国民经济建设和发展过程中具有重要的作用。在众多破坏森林的灾害中，森林火灾是破坏性最强、持续最为持久的一个。由于局部气候、地表易燃物、人为因素等多方面因素的共同作用，使得森林火灾具有很大的随机性，并且有发生频率高、不易控制的特点[1]。
近些年来，国内外学者围绕森林火险这一基础概念做了许多工作，从利用气象做简单的火险天气评估，到能够进行综合性的火险预报。同时各个国家也建立了自己的火险等级系统，如美国的NFDRS、加拿大的CFFDRS等等。[2-3]随着对林火管理的深入研究，一些学者开始把可燃物、气候、地形、火源距离等条件作为判别林分火险等级的因子，作为短期森林火险预报的基础。[4]同时，也开始利用遥感技术预测森林火险。但大尺度区域的森林火险区划一直处在探索阶段。[5-6]
本文结合遥感图像，在众多引发森林火灾的自然因子中，选取NDVI（归一化植被指数）、大气湿度、地表温度和植被类型4个因子，对较大尺度（西昌市）区域的森林火险等级进行划分。结合西昌市近年来发生森林火灾的次数与各因子的数值，采用熵值法获取各个因子对西昌市引发森林火灾影响的权重，将西昌市的森林火险等级划分为5个等级。划分结果可以对西昌市森林火灾的防治以及林区的管理工作提供技术支持。
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本文所选的研究区为四川省凉山彝族自治州西昌市。西昌市全境海拔在1500 m以上。地形以中山为主，占全市总面积的78.9%，高山、低山分别占1.1%和3.4%。气候属于亚热带季风气候区，干湿分明。大致是11—4月为干季，5—10月为雨季。[7]截至2020年10月，全市范围内森林覆盖率达到51.5%。
本文使用的数据有西昌市DEM数据、Landsat8遥感影像数据、2005—2016年四川省年鉴。
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首先对分区块的栅格数据进行裁剪处理，得到西昌市的数据范围（见图1），并对遥感图像进行辐射定标和大气校正的处理，为后续的分析研究做准备。
图 1 西昌市DEM数据图
Figure 1. DEM data map of Xichang City
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利用大气校正后遥感影像中的第四波段（红波段）和第五波段（近红外波段），计算得到NDVI的值（见图2）。
图 2 西昌市NDVI数据图
Figure 2. NDVI data map of Xichang City
$$ {\rm{(b5 - b4)}} \div {\rm{(b5 + b4)}} $$ (1) 再对遥感图像进行缨帽变换，缨帽变换后的第三波段（Wetness）即为大气湿度数据（见图3）。
图 3 西昌市湿度数据图
Figure 3. Humidity data map of Xichang City
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利用第四波段（红波段）图像和第十波段（辐射亮度）图像以及NDVI图像，反演得到地表温度数据（见图4）。[8]
图 4 西昌市地表温度反演图
Figure 4. Inversion map of land surface temperature in Xichang City
$$ {\rm{T}} = \frac{{{{\rm{T}}_{\rm{B}}}}}{{{\rm{1}} + (\lambda {{\rm{T}}_{\rm{B}}}{\rm{/}}\alpha ){\rm{ln}}\varepsilon }} $$ (2) $$ {{\rm{T}}_{\rm{B}}} = \frac{{{\rm{1\;321}}.{\rm{08}}}}{{{\rm{ln}}({\rm{1 + 774}}.{\rm{89/}}{{\rm{L}}_{{\rm{10}}}})}} $$ (3) $$\alpha = 1.438*{10^{ - 2}}m \cdot K$$ $$\lambda = {\rm{10}}{\rm{.904}}\mu {\rm{m}}$$ $$ \varepsilon = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {0.995,NDVI < 0}&{\text{水体}}\\ {0.973 - 0.047*{\rho _{red}},0 \leqslant NDVI < 0.2}&{\text{裸土}}\\ {0.9848 + 0.0015*Pv,0.2 \leqslant NDVI \leqslant 0.5}&{\text{植被和裸土的混合像元}}\\ {0.9913,0.5 < NDVI}&{\text{植被}} \end{array}} \right. $$ (4) $$Pv = {\left( {\frac{{NDVI - 0.2}}{{0.3}}} \right)^2}$$ (5) -
由于西昌市海拔起伏较大，山地广泛分布，使得该地的植被垂直地带分异规律十分明显。不同海拔有不同的植被类型，不同的植被类型，其中的含水量、可燃性等也不相同（见表1）。因此，通过DEM数据，获得不同海拔范围内的植被类型，进行森林火灾起火区的预测分析。
表 1 各植被类型可燃率表
Table 1. Combustible rate of different vegetation types
植被类型 干热河谷稀树草丛 山地常绿阔叶林 山地暗针叶林 亚高山暗针叶林 高山灌丛草甸 可燃率 0.19 0.27 0.31 0.24 0.13 可燃率：植被灰分含量中易燃物的占比。[9]可燃率越高，植被越容易起火。 西昌市的森林垂直分布为：干热河谷稀树草丛→山地常绿阔叶林→山地暗针叶林→亚高山暗针叶林→高山灌丛草甸。干热河谷稀树草丛主要分布在海拔500~1500 m的河谷地带；山地常绿阔叶林林带分布在海拔1500~2600 m的山地；山地暗针叶林主要分布在海拔2600~3200 m；亚高山暗针叶林分布在海拔3200~4000 m的亚高山地区；高山灌丛草甸分布在海拔4000 m以上。[9]
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对大气湿度、地表温度、NDVI以及可燃率数据赋予相应的权重，进行运算，得到森林火灾风险分布图。为获得各个因子的权重，对2006年至2015年四川省的年鉴进行了查询，汇总了这十年中，森林火灾发生的次数以及各年的平均气温、平均湿度以及植被覆盖率（见表2）。
表 2 2006—2015年森林火灾次数及各因子数据表
Table 2. Number of forest fires and environmental factors from 2006 to 2015
年份 温度/℃ 湿度/% 植被覆盖率/% 火灾次数 2015 19.6 0.75 0.3547 440 2014 16.0 0.82 0.3522 220 2013 16.9 0.77 0.3537 447 2012 18.3 0.73 0.3531 486 2011 18.8 0.7 0.3439 309 2010 16.0 0.79 0.3442 361 2009 16.8 0.74 0.3431 310 2008 16.3 0.75 0.3027 283 2007 19.6 0.69 0.3217 458 2006 20.3 0.67 0.3192 511 地表温度越高，森林火灾发生的可能性越大。一方面，随着地表温度升高，会使得可燃物自身温度升高、内部水分蒸发加剧，更易接近可燃物的燃点；另一方面，温度越高森林火灾的火势会更加猛烈[10]。当地表温度10 ℃以下时发生森林火灾概率最小；在10~20 ℃时，发生森林火灾的概率较大；而温度在20 ℃以上时，森林火灾发生的概率最大，造成的危害也最重。[11]
大气湿度越高，森林火灾发生的可能性越小。湿度的大小会直接影响可燃物的含水率。当相对湿度在75%−55%时，可能会发生森林火灾；当相对湿度在55%以下时，容易发生森林火灾；当相对湿度在30%以下时，极易引发森林火灾。[10]
植被覆盖率越高，森林中可燃及易燃物就越多，引发森林火灾发生的可能性也就越大。但植被覆盖率对森林火灾发生的影响要小于地表温度的影响。
利用熵值法对上表中十年的数据进行计算，得到各个因子的权重。
计算公式：(0.7032×温度+0.4243×NDVI−0.1275×大气湿度)×可燃率
对得到的结果进行重分类，将起火风险重分类为“高风险区”“中高风险区”“中风险区”“中低风险区”和“低风险区”五个类别（见图5）。
图 5 西昌市森林火灾风险分布图
Figure 5. Distribution map of forest fire risk in Xichang City
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利用遥感卫星实时性的特点，结合卫星拍摄的遥感影像，提取相应的因子，进行森林火灾风险等级的划分（见表3）。划分出的森林火险等级可以作为一个量化指标，为西昌市森林火灾的防治工作提供理论依据。
表 3 各火险等级面积表
Table 3. Fire area of each fire risk level
火险等级 高风险 中高风险 中风险 中低风险 低风险 火险区面积/km2 80.77 501.36 1048.39 984.64 39.85 高风险区和中高风险区是最易发生森林火灾的区域。主要集中在西昌市东北部和西南部，以及东南部部分地区。这部分地区植被覆盖率很高，绝大部分地区的NDVI值大于0.6；植被类型以山地常绿阔叶林和山地暗针叶林为主，可燃率较高；且地表温度在20 ℃以上。是造成该地区易发生森林火灾的主要原因。中风险区和中低风险区主要集中在西昌市西北地区和东部地区。这两类风险区所占的面积最大，分布较为集中。这部分地区的森林覆盖率相对较低，NDVI值在0~0.6的范围内；地表温度在15~20 ℃左右。低风险区在西昌市中面积占比最小，分布十分集中。几乎全部分布在邛海及西部河流处。可视为不会发生森林火灾的地区。
根据森林火险等级划分的情况，对森林火险高风险区和中高风险区进行重点防控，对中风险区和中低风险区进行合理的林火预防。以控制森林火灾的发生，降低森林火灾造成的损失。
Research on Classification of Forest Fire Risk Based on GIS Technology in Xichang City, Sichuan Province
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摘要: 森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。本文以四川凉山州西昌市为例，利用GIS技术、结合DEM数据，提出一种结合卫星实时性的预测森林火灾的方法。结合NDVI、大气湿度、地表温度、植被类型4种因子，对研究区域的森林火险等级情况进行定量评价，将火险划分为5个等级。利用ArcGIS软件制作研究区域森林火险分布图。以便及时发现火情，减少森林植被的破坏、降低森林火灾造成的经济损失和人员伤亡。Abstract: Forest fire is a kind of natural disaster with strong suddenness, great destructiveness and difficulty in treatment and rescue. In this paper, Xichang City in Liangshan Prefecture of Sichuan Province was taken as an example. Based on GIS technology and DEM data, a real-time prediction method of forest fire was proposed. Combined with NDVI, atmospheric humidity, surface temperature and vegetation type, the forest fire risk grade of the study area was quantitatively evaluated, and the fire risk was divided into five grades. The distribution map of forest fire danger in the study area was made by ArcGIS software, in order to discover the fire in time, reduce the damage of forest vegetation, and reduce the economic losses and casualties caused by forest fire.
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Key words:
- Xichang City;
- Forest fire;
- Forecast;
- Geographic Information System
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表 1 各植被类型可燃率表
Tab. 1 Combustible rate of different vegetation types
植被类型 干热河谷稀树草丛 山地常绿阔叶林 山地暗针叶林 亚高山暗针叶林 高山灌丛草甸 可燃率 0.19 0.27 0.31 0.24 0.13 可燃率：植被灰分含量中易燃物的占比。[9]可燃率越高，植被越容易起火。 
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表 2 2006—2015年森林火灾次数及各因子数据表
Tab. 2 Number of forest fires and environmental factors from 2006 to 2015
年份 温度/℃ 湿度/% 植被覆盖率/% 火灾次数 2015 19.6 0.75 0.3547 440 2014 16.0 0.82 0.3522 220 2013 16.9 0.77 0.3537 447 2012 18.3 0.73 0.3531 486 2011 18.8 0.7 0.3439 309 2010 16.0 0.79 0.3442 361 2009 16.8 0.74 0.3431 310 2008 16.3 0.75 0.3027 283 2007 19.6 0.69 0.3217 458 2006 20.3 0.67 0.3192 511
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表 3 各火险等级面积表
Tab. 3 Fire area of each fire risk level
火险等级 高风险 中高风险 中风险 中低风险 低风险 火险区面积/km2 80.77 501.36 1048.39 984.64 39.85
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图(5) / 表(3)
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