基于MODIS数据的重庆市森林火灾监测与预警研究

摘要

森林生态系统作为陆地生态系统的主体，在维护整个自然界的动态平衡及改善人类生存环境中占据着非常重要的地位，但森林火灾在很程度上对森林资源与环境进行了破坏。如果能够及时、准确和有效地监测可能和已经发生的森林火灾，那么这对减少灾害损失、保护森林资源和维护生态平衡都具有非常重要的意义。本文以重庆为研究区，利用MODIS遥感数据对该区森林火灾时空分析规律、森林火灾火点监测以及森林火灾预警三方面进行了比较深入的研究。研究的基本目标在于认识重庆森林火灾发生的基本规律，通过遥感手段对重庆这种复杂地形、气象条件下的森林火灾监测、预警方法进行探讨，进而找到适宜于重庆自然地理条件的森林火灾监测与预警方法，从而提高于提高重庆市防灾减灾水平，减少因灾造成的社会经济损失。通过研究，本论文获得了以下一些主要研究结论。
　　1.研究重庆森林火灾识别方法
　　（1）利用通道7、2、1和通道21、22、31这两种波段组合合成影像直接识别的方法结合可以直接地对火点进行识别。
　　（2）通过20通道亮温、20通道和31通道亮温差和20通道亮温与地温的差值关系设定阈值，并经过一系列的分析验证对阈值进行修正，最终得到适宜于重庆的阈值设定，在这种阈值下能更好地识别火点排除伪火点，但是这种方法识别之后还是有存在少量的伪火点，这些伪火点的进一步去除就需要进一步研究。
　　（3）将三通道法与高温阈值法相结合，更能方便快捷地监测出森林火灾火点。
　　2.重建研究区森林火灾时空发展规律。
　　（1）重庆2004-2013年10年间的森林火灾年际间差异较大，在2006年之前年份的火点个数差别不大火点个数较少，从2006年开始火点个数明显增加。这10年间的火点个数在2006年出现了一个最高峰，2008年呈现了第二个高峰期，而从2008年开始下降虽然后面火点个数有所回升但是并没有超过2008年，到了2013年火点个数明显呈现从2006年开始的最低值。
　　（2）就重庆森林火灾分布季节变化而言，火灾的发生多集中在春夏两季，秋、冬季火灾发生较少。
　　（3）就重庆市森林火灾火点个数分布月份变化而言，各月份差异较大，高峰期分别集中在3、4、7、8月，主要受气象要素（春旱、伏旱、持续高温等）和人类活动频繁影响。
　　（4）重庆森林火灾火点较为分散，在东北、东南、西南三个角上分布较为集中，中部地区有少量分布。就重庆森林火灾火点行政区划分布而言，这10年间火点个数最多的是主城九区，荣昌县、垫江县、铜梁县、潼南县和彭水苗族土家族自治县5个县在MODIS数据统计中没有火点。
　　（5）重庆森林火灾主要集中在海拔500-1000m的低山区域，而森林火灾随坡度起伏变化不大，森林火灾集中在坡度0-30°这个范围内，阳坡较阴坡易发生火灾。森林火灾的地貌分布，按森林火灾有多至少的趋势是：渝东南巫山、七曜山强岩溶化峡谷中山区>中部构造平行岭（低山）谷（丘陵）区>渝东北大巴山构造溶蚀层状中山区>渝西方山丘陵区。重庆森林火灾火点的植被类型分布的趋势是：针叶林＞灌木林＞阔叶林＞针阔混交林和其他。
　　3.探讨重庆森林火灾预警指标和方法
　　（1）在2004-2013年这10年里，重庆地区植被状况较好，森林地区的NDVI年际波动较为明显，月NDVI呈先升高后降低的曲线变化且月最大值、月均值和月最小值变化趋势一致但月最小值则波动范围较大；重庆森林地区的TVDI空间分布与整个重庆研究区内的TVDI分布一致，干旱区域主要集中在中部和西部，TVDI值由中、西部向东部递减，TVDI的高值也主要集中在主城九区周围区县，TVDI的年际和月均值变化都呈波动性变化，干旱主要集中在夏季，冬季干旱状况最轻；重庆地区的森林植被分布由东南、东北部向中、西部递减，且主要森林植被类型以针叶林和阔叶林为主。
　　（2）重庆森林火灾与该区的TVDI（P=0.265）和NDVI（P=-0.262）都有很好的相关性，且根据森林植被类型对重庆火点分布有一定对于影响，那么这几个因子的发展规律可以用来很好的反映该区域内森林火灾的发生次数规律，这就表明利用植被指数、森林植被类型和干旱指数结合建立一个评价火险等级的指标是可用性的。
　　（3）将反映植被状况的NDVI、森林植被类型和湿度状况的TVDI拟合的综合火险指数F来反映森林火灾发生的难易程度，F越大，表明植被指数越大、不易燃的森林植被类型、干旱指数越小，森林火灾发生率越小；F越小，表明植被指数越小、易燃的森林植被类型、干旱指数越大，森林火灾发生率越大。

目录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 遥感数据研究森林火灾的理论基础

1.4 研究目的、研究内容、研究方法及技术路线

1.5 拟解决关键问题

1.6 本章小结

2 研究区概况

2.1 地理位置与行政区划

2.2 地势地貌

2.3 气候与水文

2.4 植被概况

3数据与预处理

3.1 数据来源

3.2 数据预处理

4 MODIS火点识别研究

4.1 MODIS火点识别的波段选择

4.2 研究方法

4.3 森林火灾火点判别方法研究

4.4 小结

5 基于MODIS的重庆森林火灾时空分异规律

5.1 森林火灾时空分异规律研究方法

5.2 森林火灾的时间变化规律

5.3 森林火灾的空间变化规律

5.4 本章小结

6 森林火灾预警方法研究

6.1 森林火灾预警因子选择

6.2 影响因子的计算

6.3 影响因子的特征

6.4 影响因子与森林火灾的相关性分析

6.5 森林火灾预警模型建立

6.6 实例分析

6.7 小结

7 结论与讨论

7.1 主要研究结论

7.2 讨论

参考文献

附录：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

致谢

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