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1、够 一 年 l 5卷 t 9 9 5 土 苇1 肆 l 中,t q林学院学社 5 月 J OU R N A LO F C E N T R A L-S O UT H F O R I !Q 鱼 V t 5 N o 1 M a y 1 9 95 福建武夷山生物 圈保护 区森林 防火 系统的研究 咝 冷允法 5 6 c 摘要武夷山生物朋保护区，是以保护亚热带森林生态系统和 自弃 罡 景观为主的保护区 为了搞好诫区的森林 舫火工作，在建立保护区地理信息系统，分析其护林防火现状 的基础上，对其森林火灾两防监 体系进行了系 统设计，对现代林火管理 系统、火险等瓤及分布 森林火龙蔓延模型等进行了模拟和设置，为
2、现代林 火管理，防 火设施配 制及 火灾 损失评估 等楗供 了系统 分析 的依 据 主题 词 堕 生 薹篮 塞 茎堕 苎塑 塑 堡芝垦；!坠-中国法分 类号$7 6 2 2 福建省武夷 山生物 圈保护 区，是 1 9 7 9年经 国务院 批 准建 立的 属 中亚热 带森林 生态类 型的国家级重 点 自然保护 区 1 9 8 7年，被 联合国教科文组 织 人与生物 圈计 划国际 协调理 事 会，接纳为国际生物圈保护 区网成员 自保护 区建立 以来，管理 部门和广大科技人员做 了大 量工 作，在许多方面取 得了很大 的 成绩 但 与自然 保护区的区域建设科学 合理化 保 护手 段现代实用 化、科研
3、教育 系统普及化 和开发利用多层综合化的要求，还有一定的差距 依据联合国教科文组织有关生物圈保护区 特 征、任务的规 定，以及对武夷 山生 物 圈保护 区进 行 科学 考察和现状 分析 表 明该保护 区尚 有一些亟待解决的问题 比如森林火灾 预报监测体系的建立、防止森林火灾 与人 为干扰最佳 措施方案的选择等 为此，我 们在建立 保护 区地理信息系统 的基础上，开展 了此项研究，现将 结 果整理如下 1 保护区的概况 1 1 基本情况 i 武夷 山生 物圈保护 区位 于华东武 夷 山脉北端，南北长 5 2 k in，东西 宽 2 2 k in，由东南 向西 北呈长条形分布 保护区内地势高 峻，
4、山峰 林立，溪谷纵横 平均 海拔 1 2 0 0 m，属 中山地貌 主 峰黄 岗山海拔 2 1 5 8 m 誉称“华 东屋 脊”，是 中国东南大陆 的最高峰 由于黄岗山等 山峰在冬 季阻挡和削弱了北方冷空气的入侵，夏季 叉抬 升和截留了东南海洋季风，形成 了本 区亚热带 收 祷 日期1 9 9 4 1 1 1 2 维普资讯 http:/ 中南韩学院学社 l 5卷 温暖湿润的季风气侯 从而使本区内森林植物种类繁多，森林植被保存完整，生态环境类型 多样，有利 于各 类动植物 的生长和繁衍 据初步 调查，保护 区现有低等植物 8 4 0种，高 等植物 2 4 6 6种；陆栖 脊椎动物 4 3 5种，
5、昆 虫 4 5 5 7种 是 闻名世界的生物标 本集胜地和模 式标本 产地 同时又是珍稀动植 物的宝库 在 已知的现有 动植 物 中，属 国家一级保 护的动物有 9种，二级保护动物 4 7种、植物 l 1种，三级 保 护植物 2 0种 保 护区的地带性植 被是亚热带 常绿闶 叶林 森 林覆盖 率达 9 5 4 其 中保 留完好的 2 1 0 7 0 h m 原生性 森林植被，结构 层次 明显，植 被类型 多样，是研究原 生生态 系统 演 替规律 的良好场所 区 内植物 垂直分布 非常明 显，如黄 岗 山的植物 群落，随着海拔 高度 的 增加而相应 出现常绿 阔叶林带、针 阔混交林带、暖性针叶林
6、带，苔鲜矮 曲林及 中 山草甸 种类 繁多的植被类型，使保护 区同时又成 为研究亚热带森林 生 态系统 和植 物多样性 的天然实验 室 1 2 现状分析 作为以保护亚热带森林生态系统及其野 生动植物 资源和 自然景观 为主的 自然保 护区 应坚持保护 自然环境和 自然资源，拯救濒危物种 的原 则 以使生态系统类 型完整、自然环境 免遭破 坏或受不 良因素的干扰 与影响 然而，在保护区 7 9个珍稀植物分布点中，位 于核 心区 内的只有 2 8个，实验区内有 3 8个，新辟实验 室 内 1 0个 即在核心区和实验 区内的珍稀植物 分布点，分别 占总数的 3 5 和 6 1 还有 3个分布点位于保
7、护 区外，从而给这些 珍稀植物 的 保护带来 一定的难 度 对于 防火 而 言，保护 区 内地势 高 峻，山峰 林 立，溪 谷纵 横 的中 山地貌，以及 对湿 度 大(8 0 8 7 )、雾 日多(1 0 0天)、降水适 中的湿润气侯，是 该区森林 防火研究的起点 林火 历史和 防火设 施 的现状及 其动态分 析，是 森 林 防火 工作的 基础 文献 资料表 明，保 护 区内 1 9 8 0年 1 9 8 6年 的火 情，基本上分布在实验 区 内的针 阔混交 林边 缘及工植被 中 发生 时 间多为 9月至翌年 3月 并以 9月届多 火灾虽然造 成林地损失较 小，但都 是可避免的 人为 事故 此
8、后，保护 区管理局加强了防火工作，修复 了三港(管理局所在 地)至黄岗 山的小路，架 设了武夷 山市星村 至三港 的程控电话，并建立 了管理 局至 各管理所，乃至重 点哨卡的三级无 线电通讯网络，修建 了 8 3 k m 的防火 道，建成 了先锋岭霞 洋 髓 望塔，健 全了防火 指挥部 村场领导 小组 村 场义务扑火队三级 护林 防火 队伍 但其 鼹 望塔 的最大控 制面积仅 2 3 万 h m，仅 为保 护区总面积的 3 5 ，扑火 队员的分布与村落分布不 调，通 讯联系渠道 也不 太畅顺 而且保 护区内现有村 民 2 3 0 0人，仅有 9 2居住于核心区内，这些村 民的经济 收入，7 3
9、 4 来 源于采 摘茶叶和采伐 竹子，难免对保 护区 自然环境和生 物物种的 自然分布 与繁衍 造成干 扰 同时，保 护 区的防火基础设 施仍不够完 备，技术手段还较 落后，缺 少预测 预报 系 统、巡护监测系统和现代化指挥系统，以及必要的交通工具与器具，致使其防火工作仍存在 管理不完善、措 施不健全等 问题 使护林 防火工作 基本处 于被动地 位，森林 火灾 的潜在危险 依然存在 2 系统设计 众所局知 地理信息 系统的任务 是要将研 究对 象的基础信息存储于系统中，提 供基本空 维普资讯 http:/ 1期 摩傻 目寻：福建 武 夷山 生物 圈保 护 区森 林 防 戈 糸缝 的 研 完 间
10、分析的软件功能；根据研究需要，对基础信息完成系列空间操作与分析 为此，通过处理信 息系统分析与研究，可为保护 医防火 系统的建 立提供科学的分析结果和基础数据 由于森林防火专题模型的运算、分析及结果输 出都 要求 格罔数据格式，因此我们分 两个 方 面完成本 系统的建立：(1)用 C语言 和 DB a s e建 立基本的信 息系统，用 DB a s e 1完成对 统计数据的 管理 再 用 C语言实现 整个系统的总控 图形数据 的整理和检 索，以及对格 网数 据的基本操作 与分 析功能和数学模式 的计算，使图形 数据与属性 数据依靠 共同的编码 系列 相互对应；(2)用 ARC I NF O 软
11、件作为工具，完成全部基础 图件的输 入、编辑 同时，利用其 强 有力的空 间操 作能力，对这些 基础 信息进行 分析处理，派生出各种新 的专题性 图件 并 利 用该软件 良好 的数 据转换能力，将全 部基础 图形 数据和 振生的专题 图形数据，分 别转换成外 部矢 量数据文件 与格 网数据文 件 供分析 所用 的总控 程序模块，是 由 C语 言编 制的弹 出下 拉式菜单所构成 它 充分发挥 了 C语言 在设计 用户 接 口上 的各 种功能技术，对 屏幕进 行直 接控制 利用软件中断的方法进行屏 幕保存和屏 幕恢复，并可灵活地根据用户的响应进行各 种调用，进入各子环境 操作过程均在菜单指引下进行
12、，保证 了系统环境的完整性 为充分利用各 系统信息，设置 了图形分 析模 块 其 中包括数据整理、空 间分析、模型计算 和专题图件索引 如坡度坡向分析，是地理信息系统中地形分析的一个重要部分 尤其在地 势高峻 地形复杂的武夷 山保护医进行火险预报、火险等级分布及林火模型等分析研究，更 是 必不可少 的研 究手段 因而在进行 坡度 坡 向分 析 时，根 据 由地形 图数 字 化输 入到 ARC I NF O系统 中的等高 线(高程数 据)矢 量数 据，将 之转 换成网格数据并进 行插值 计算而 产生 数值 高程模型(DE M)每一地表 单元(即格 网中的一个方格)的坡 度，就是其 法矢 量 Ni
13、，J与 轴之夹角 两矢量夹角的余弦等 于两矢 量的数量积与模的乘积之商 其具体公式为：S a i c c o 8 2，E y(Z 一 1 1+Z+l 1 J Z 一Z 1)+E x(Z +Z j l Z 一Z一 1 )。+4 x y。)“对于坡角的计算，由于现 实中仅 考虑 了阳坡 与阴坡，即南坡与北 坡两 种情 况，所 以，根据 地表单元 的法矢 量在 x o y平 面上的 投影和 z-，Y轴 的夹 角即可算 出 在操 作时，根据 D EM 中的高程值 进行 空间搜索，即能计算 出其平面坡 向 同时，模块中包含有 空间内插分析、空 间 特征提取、空间显示分析及格网的面积量算等功能 3 森林
14、防火系统的建立 针 对武夷 山保护区在 森林 防火方面存在 的珍 稀植物分 布离散，林火监测控制 面积有限，火 源管理不 健全，尤其是核 心区及实验区 内人为 活动干扰和森林 火灾的潜在危 险依然存 在 等问题 开 展了林 火系统 管理、火险等级分 布和林 火蔓延模型，以及火灾损失评估 等方面 的 分 析研究，努 力预 防保 护区发 生林火，在最短时间 内发 现火源，阻止火灾 蔓延，确保迅 速可靠 地扑灭林火 3 1 现代林 火管理系统的建立 3 L 1 林火管理 数据库将 历年 的火灾情 况 如次数、原 因、火烧(过火)面积、火灾损失、火 维普资讯 http:/ 中南林学院学报 l 5卷 灾
15、发生条件、防火队员的分布、防火物质的放鼍地点及数量等存人数据库 3 1 2 林火预防的最佳方 案依据林 火管理数据 库提供的 历年 火情分布 与地理特性，根据 人为 活动范围、珍稀动植 物分 布等数据文件，以及社会 经济发展状 况，选择防火系 统建立 的 各项建设项 目 3 1 3 林火扑救 的最佳 方案根据火灾发生地点、区域和 当时气象条件(如风速、风向)，以 及防火道、自然屏障(如山脊、溪河等)与防火队员、防火物资的分布情况，预测林火燃烧的延 续时间和规模，计算调集扑火 队员的方式与最佳奔赴救火地的路径，从而为防火指挥部 的决 策提 供嵌据 3 2 火险等级分布分析 火 险等级分布的分 析
16、，是森林 防火的基础工作 为此，在现有资料 的基础上，利用主要居 民点的分布状况，植被类 型及其分布状况和地形的坡度、坡 向，编制了保护区火 险等级图 为 保护区森林 防火提 出了重 点 区域范 围 根据 保护 区历年 来森 林火灾 的原因、分 布等有 关资 料，在进行火险等级分 布分析 时，首先侧重于人为活动的干扰，其次是植被的 易燃 程度，再次 是坡度及坡向 采用专家评定法给出权重值来编制火险等级分布图 在具体研制 中，将植被 分 布、人为活动 范围和坡 度分成四个等级，坡向分为南 坡和北坡，由领域专 家分 别 确定其对 起火 的影 响程 度 然 后，根据 上述 四大 因索，对起火 的危
17、害程 度，由用 户专家 来 确定其 权重(此权 重可 由用 户在键 盘 上随 时输 入、调 试)，从而得 出 符合 实际情 况的火 险等 级分 布 在 3 7 8 4 3 3格 网矩阵中，每个格 网单元的危险程度(D)由一个数学模式确定 即：D z z X A j x 根据保护区历年 来的火情，确定四大因素的权重 为：人为活动范围：，。，权 重；k。一4 植被类型：埔 尚 权 重：k 一3 坡 度：厶，如，f ，s 1 权重；k a 一2 坡 向：妒，妒：，妒，妒 权重：一1 其 中，由各 领域 专家 确定 的等级 划分，由权 重 k值 来调节各 大因素之 间的关 系 从 实际输 出的结 果看
18、，这种 双层权重 的方法，基本上能客观地 反映保护区火 险等级分 布 的实际情况 3 3 森林火灾蔓延模型的建立 据研 究文献，林火在原始林 内的蔓延的速度可达 6 m rai n，燃 烧前 沿区域的平均 宽度为 3 m 林火 蔓延的速度 与气象 条件(温度、相 对湿度、风向、风速等)，植被状 况(林种、地 表植 被)，地 形地 貌(坡度、坡向等)和时间(着火 季节、时 间和燃烧 持续时 间)有关 由于 保护匡地 处华南 山地，地形地势复 杂，气象因子变化 较大 因此，森林火灾 蔓延模型主要考虑 风向，林 种、坡度 和坡 向等主要因素 在应用各种 基础 图件时，充分利用 ARC NF O软 件
19、的图形叠加 功能 一 将 林班 图与地形 图相叠加 然后 根据着火 地点的位鼍，包括经纬度、林 种、坡度和坡 向 等信 息，以及当时的风 向、风速和燃烧延续 时间等 在派生图上计算 出林 火可能 的燃 烧范 围 维普资讯 http:/ 1期 廖 傻 国等；福建 武夷 山生 物 鸥保护 区 森林 防 火 系纯 的研 完 4 7 和火灾受 害区域 及面 积 依据 受灾 面积 的位 置，再 调用所 属林班和 小班的 森林 资源 清查资 料，对森林火灾的立木损失和经济损失予 以客观的评估 本文是 UNES C O及 其 MAB，P GI 和 I T C共同协调 的“利用 GI S对 自然资源进 行环境
20、 方面的健全管理”项 目所支持 的武夷 山课题总结的 一部分 经 uNE s c O 及 MAB、P GI 专家 评议和武夷山保 护区科技人员操 作认 为：本 防火系统实用可行，达到并部分超过课题所规定 的 目标、固而本研 究所分析 出的结果，可作为“武夷 山保护 区管理局森林 防火设旖 改善与防 火措旖改进”的科学依据和工作基础 奉台郜亚新、李文舯、王神健-人与生物圈国家委员台车子锋，武夷山保 护区管理局吴焰玉、盘昌普等 同志参加丁部 分工 怍 在研究过 程 中 得到 了人与 生物田 国家 委员会 和保护 区管 理 局的大 力支持 与协助 谨此一 并致谢 参考文献 l 刘福堂-文量贵编译 林
21、业管理、北京 t 中国林业出版社 1 9 8 9 2 胡握初等编著 森林防火学 哈尔藏 黑龙扛 科学技术出版社，1 9 9 0 3 寇文正 僚泽鸿等著 林火管理信息系坑 北京 中国林业出版社 1 9 9 3 A St ud y of t he Fo r e s t Fi r e Pr o t e c t i o n Sy s t e m o f W uyi s han B i o s p he r e Re s e r v e i n Fu j i a n Pr o v i n c e Li a o l u n g uo Ya o Yi q i u Le n g Yu n f a (C o m
22、mi s s i o n f o r I n t e g r a t e d S u r v e y o f Na t u r a l Re 一s，C A S-B e lO n g 1 0 0 1 0 1)A B S T RA C T At Wu s h a n B i o s p h e r e R e s e r v e i n F u i a n p r o v i n c e，t h e s u b t r o p i c a l n a t u r a l e o s y s l e m$a n d n a t u r a l a n d s c a p e s a r e e mp
23、 h a t i c a l l y p r o t e c t e d I n o r d e r t o s t r e n g t h e n t h e p r o t e c t i o n s y s t e m a g a i n吕 1 f o r e s t f i r e i n t h i s r e g i o n-t h e s y s t e ms o f f o r e s t f i r e pr e di c t i o n a n d mon i t o r i n g a r e s y s t e ma t i c a l l y d e s i g n
24、e d b a s e d o n a n a n a y s i s o f t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f f o r e s t f i r e p r o t e c t i on a n d a b ui l d i n g u p of t h e g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m Th e mo d e r n f o r e s t i r e c o nt r o l s y s t e m f o r e s t f i r e d a n g e
25、r d e gr e e s a n d f i r e s d i s t r i b u t i o n a r e d s p o s e d a n d t h e fi r e s p r e a d m od e l i s i m i t a t e d、Th i s s t u d y p r o v i d e s a r e l i a bl e b a s i s f o r roo d e r n f o r e s t fi r e c o n t r o 1，e q u ipme n t d i s p os i t i o n o f f i r e p r o t e c t i o n a n d a p p r a i s e me n t o f f i r e l O S S e s S UBJ E CT W ORDS f i r e pr o t e c t i o n s y s t e ms；f o r e s t f i r e p r o t e c t i o nb i o s p h e r e r e s e r v P；wu y i s h a n 维普资讯 http:/