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我国森林灾害的空间分布分析

张颖 丁昱菲

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我国森林灾害的空间分布分析

    作者简介: 张颖,教授,博士生导师。主要研究方向:资源、环境评价与核算,区域经济学。Email:zhangyin@bjfu.edu.cn 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学经济管理学院.
  • 中图分类号: S762.1; S763.30; S7-9

Analysis on spatial distribution of forest disasters in China

  • 摘要: 目的 森林火灾及病虫鼠害是森林生态系统的重要影响因子,对森林生态系统的稳定和平衡有重要影响。开展对森林灾害的研究,对提高森林资源风险的管控能力和应对措施等有重要的意义。方法 本研究收集了我国2003—2016年主要森林灾害的相关数据,采用主成分聚类分析的方法,对森林灾害的空间分布进行了分析。结果 2003—2016年,在森林火灾总次数上,湖南和贵州两省位居前列。在火场总面积上,黑龙江省远高于其他省份,北京和天津的火场总面积最少。在受害森林总面积上,黑龙江省和内蒙古自治区比较严重,是其他省市区的几十倍甚至上百倍。在成林蓄积量损失上,黑龙江省也是最严重的省份,平均每年火灾损失成林蓄积68.61万m3。按受灾程度将火灾发生区分为轻度森林火灾区(I类)、中度森林火灾区(II类)和重度森林火灾区(III类)3类,黑龙江省为重度火灾区,受灾程度最严重。在病虫鼠害的空间分布上,按照受灾面积的大小分为4类,其中新疆和内蒙属于IV类地区,为病虫鼠害发生面积很大区;其他省市区分别属于I ~ III类,为病虫鼠害发生面积较小(北京市、上海市等)、中度(海南省)和较大区(黑龙江省等)。结论 2003—2016年,我国森林火灾次数、受害面积等总体呈下降趋势,但近年来全国森林病虫鼠害的发生面积总体呈现上升趋势,且面积居高不下,中度和重度森林灾害面积占比增加,这应该引起高度重视。本研究对相关问题进行了讨论,为我国森林灾害的风险管控提供参考。
  • 图 1  各省市区森林火灾情况谱系图

    Figure 1.  Provincial forest fires tree diagram

    图 2  各省市区森林病虫鼠害主成分聚类分析谱系图

    Figure 2.  Provincial forest diseases, pests and rodents tree diagram by principle component clustering analysis

    表 1  森林火灾类型

    Table 1.  Forest fire types

    森林火灾类型
    Forest fires type
    受害面积/hm2
    Damaged area/ha
    死亡人数
    Death toll
    重伤人数
    Seriously injured people
    一般森林火灾 General forest fire < 1 1 ~ 3 1 ~ 10
    较大森林火灾 Larger forest fire 1 ~ 100 3 ~ 10 10 ~ 50
    重大森林火灾 Serious forest fire 101 ~ 1 000 10 ~ 30 50 ~ 100
    特别重大森林火灾 Extremely serious forest fire > 1 000 > 30 > 100
    注:资料来源[13]。Note:data are cited from reference [13].
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    表 2  各地区森林火灾次数统计

    Table 2.  Number of forest fires in various regions

    年份
    Year
    华中地区
    Central China
    华北地区
    Northern China
    西南地区
    Southwestern China
    华东地区
    Eastern China
    华南地区
    Southern China
    东北地区
    Northeastern China
    西北地区
    Northwestern China
    2003 2 123 2 184 3 483 2 475 1 458 641 102
    2004 4 627 2 327 2 304 3 967 1 737 403 105
    2005 5 241 2 519 2 199 1 969 1 121 370 128
    2006 3 001 2 485 2 604 838 758 385 105
    2007 3 990 2 334 2 405 1 073 997 309 159
    2008 7 243 2 208 3 327 1 838 942 463 131
    2009 3 429 2 185 2 544 1 387 803 361 159
    2010 2 248 2 162 3 580 566 895 107 175
    2011 2 005 2 224 1 019 1 327 631 155 198
    2012 1 635 2 184 1 111 396 377 141 134
    2013 1 472 2 180 954 539 461 50 286
    2014 759 2 280 1 018 639 622 209 190
    2015 166 2 223 514 261 1 359 335 93
    2016 469 2 151 387 225 522 192 104
    总计 Total 38 408 31 646 27 449 17 500 12 683 4 121 2 069
    平均 Mean 2 743.43 2 260.43 1 960.64 1 250 905.93 294.36 147.79
    注:资料来源[1112]。Note: data are cited from reference [1112].
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    表 3  各地区森林火场总面积

    Table 3.  Total area of forest fires in various regions

    年份
    Year
    东北地区/hm2
    Northeastern
    China/ha
    华北地区/hm2
    Northern
    China/ha
    华东地区/hm2
    Eastern
    China/ha
    西北地区/hm2
    Northwestern
    China/ha
    华中地区/hm2
    Central
    China/ha
    华南地区/hm2
    Southern
    China/ha
    西南地区/hm2
    Southwestern
    China/ha
    2003 800 019.1 214 642.0 37 449.0 31 864.6 31 962.8 23 135.4 3 084.4
    2004 186 304.7 10 430.1 21 715.5 67 578.9 28 799.1 30 391.5 995.3
    2005 132 831.0 53 862.0 30 795.0 30 320.0 27 202.0 16 999.0 626.0
    2006 417 104.2 83 268.7 32 099.4 8 298.7 12 362.9 10 521.5 654.5
    2007 40 287.0 15 893.0 21 743.0 11 911.0 20 127.0 16 537.0 636.0
    2008 20 096.0 18 768.0 58 086.0 35 187.0 40 678.0 13 085.0 605.0
    2009 101 594.0 23 382.0 28 921.0 28 766.0 22 298.0 10 020.0 667.0
    2010 14 267.0 11 881.0 56 883.0 4 975.0 12 519.0 17 829.0 1 357.0
    2011 2 558.0 12 319.0 9 277.0 19 693.0 11 041.0 8 579.0 1 970.0
    2012 1 598.0 9 117.0 13 959.0 4 651.0 10 022.0 5 207.0 629.0
    2013 312.0 5 443.0 16 279.0 7 308.0 9 091.0 4 937.0 1 533.0
    2014 1 480.0 9 895.0 22 056.0 8 094.0 5 926.0 8 997.0 907.0
    2015 3 250.0 7 148.0 6 596.0 4 713.0 1 037.0 11 862.0 490.0
    2016 2 469.0 4 557.0 2 602.0 1 859.0 1 782.0 5 936.0 975.0
    总计 Total 1 724 170.0 480 605.8 358 460.9 265 219.2 234 847.8 184 036.4 15 129.2
    平均 Mean 229 889.3 64 080.8 47 794.8 35 362.6 31 313.0 24 538.2 2 017.2
    注:由于上海市没有森林火灾的统计数据,因此,华东地区不包括上海市的相关统计资料。下同。资料来源[1112]。Notes: since Shanghai does not have statistics on forest fires, eastern China does not include relevant statistics on Shanghai. The same below. Data are cited from reference [1112].
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    表 4  2012—2016年各省市区森林病虫鼠害统计

    Table 4.  Area of forest diseases, pests and rodents in each province from 2012 to 2016

    省市区
    Province
    森林病虫鼠害发生面积/hm2
    Area of forest pest and
    rodent infestation/ha
    中度森林灾害占比
    Moderate forest disaster
    proportion/%
    重度森林灾害占比
    Serious forest
    disaster ratio/%
    北京 Beijing 197.152 0.19 0.03
    广东 Guangdong 1 553.038 11.84 0.35
    上海 Shanghai 26.995 5.14 0.56
    山东 Shandong 2 511.869 4.88 0.88
    山西 Shanxi 1 191.765 14.54 1.04
    贵州 Guizhou 1 087.837 9.08 2.03
    浙江 Zhejiang 490.996 5.20 2.06
    天津 Tianjin 240.572 10.06 2.31
    河南 Henan 2 893.375 12.79 2.85
    重庆 Chongqing 1 446.76 13.10 2.88
    江西 Jiangxi 1 311.365 9.99 3.21
    广西 Guangxi 1 855.257 12.94 3.93
    湖南 Hunan 1 771.786 10.69 4.53
    安徽 Anhui 2 063.284 14.45 4.94
    河北 Hebei 2 565.842 14.01 4.96
    甘肃 Gansu 1 746.386 21.36 5.15
    青海 Qinghai 1 355.454 26.06 5.31
    宁夏 Ningxia 1 365.204 26.29 5.60
    江苏 Jiangsu 534.485 9.27 5.75
    福建 Fujian 1 103.263 11.78 5.83
    海南 Hainan 105.432 22.23 6.46
    陕西 Shaanxi 2 119.728 22.28 6.70
    云南 Yunnan 1 847.057 21.41 7.04
    黑龙江 Heilongjiang 2 195.373 52.98 7.34
    新疆 Xinjiang 8 663.044 18.73 7.44
    湖北 Hubei 2 018.825 18.57 8.17
    辽宁 Liaoning 3 237.853 24.41 8.87
    吉林 Jilin 1 188.899 20.19 9.75
    四川 Sichuan 3 652.284 24.33 9.85
    内蒙古 Inner Mongolia 5 948.156 31.53 15.70
    注:2012年后,森林鼠害的数据包括在我国森林病虫害的统计数据当中,因此,森林病虫害的数据包括了森林鼠害的相关统计数据。下同。资料来源[1112]。Notes: after 2012, the data of forest rodents are included in the statistics of forest diseases and pests in China. Therefore, the data of forest diseases, pests and rodents include related statistics of forest rodents. The same below. Data are cited from reference [1112].
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    表 5  2003—2016年各省市区森林火灾情况

    Table 5.  Provincial forest fires from 2003 to 2016

    省市区
    Province
    火灾总次数
    Total number of fires
    火场总面积/hm2
    Total fire area/ha
    受害森林总面积/hm2
    Total area of affected forests/ha
    成林总蓄积量损失
    Total loss of forest stocks/m3
    黑龙江 Heilongjiang 1 058.00 1 708 793.30 722 161.00 9 606 005.00
    内蒙古 Inner Mongolia 1 600.00 405 928.60 218 595.70 1 414 432.70
    湖南 Hunan 23 206.00 156 677.80 97 267.30 2 043 660.20
    福建 Fujian 4 524.00 87 405.80 56 873.60 1 753 919.30
    江西 Jiangxi 4 377.00 87 425.10 42 538.40 631 947.00
    浙江 Zhejiang 5 163.00 73 615.20 38 271.60 997 125.60
    贵州 Guizhou 14 521.00 149 632.10 30 380.50 642 994.40
    云南 Yunnan 5 179.00 140 561.40 26 632.40 979 097.10
    广西 Guangxi 8 726.00 143 405.50 26 457.60 832 929.30
    广东 Guangdong 2 530.00 34 769.20 16 160.20 275 857.00
    四川 Sichuan 6 081.00 57 785.30 13 702.40 582 179.40
    湖北 Hubei 7 774.00 58 407.70 10 084.30 125 682.50
    山西 Shanxi 395.00 31 093.20 9 597.40 320 324.70
    河南 Henan 7 428.00 19 762.30 6 201.60 11 068.10
    安徽 Anhui 2 118.00 11 486.00 4 945.40 108 418.00
    辽宁 Liaoning 2 076.00 12 618.60 4 177.10 15 199.90
    海南 Hainan 1 427.00 5 861.70 3 087.70 30 387.50
    重庆 Chongqing 1 403.00 6 822.60 2 266.80 79 657.70
    陕西 Shaanxi 1 033.00 5 474.50 2 094.50 17 598.50
    河北 Hebei 1 309.00 14 673.50 1 997.00 8 774.30
    山东 Shandong 467.00 3 198.40 1 946.70 12 103.60
    青海 Qinghai 136.00 2 216.20 1 270.90 14.40
    吉林 Jilin 987.00 2 758.10 1 264.90 36 994.90
    新疆 Xinjiang 504.00 2 509.10 1 081.00 8 965.40
    甘肃 Gansu 210.00 3 419.30 975.10 136 472.00
    江苏 Jiangxi 851.00 2 088.70 819.76 9 304.30
    西藏 Xizang 265.00 3 659.50 698.60 7 417.60
    北京 Beijing 65.00 364.30 182.40 215.10
    宁夏 Ningxia 186.00 1 510.10 105.80 16.00
    天津 Tianjin 144.00 413.20 101.30 431.00
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    表 6  森林火灾主成分聚类分析总方差解释表

    Table 6.  Total variance explained for forest fires by principle component clustering analysis

    主成分
    Principal
    component
    初始特征值
    Initial eigenvalue
    提取载荷平方和
    Sum squares of loads
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率
    Contribution rate/%
    累计贡献率
    Accumulative contribution rate/%
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率
    Contribution rate/%
    累计贡献率
    Accumulative contribution rate/%
    PC1 2.968 74.202 74.202 2.968 74.202 74.202
    PC2 1.002 25.046 99.248 1.002 25.046 99.248
    PC3 0.023 0.582 99.83
    PC4 0.007 0.17 100
    注:该表由SPSS18.0计算所得。Note: the table was calculated by SPSS18.0.
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    表 7  森林火灾主成分聚类分析因子载荷矩阵

    Table 7.  Component matrix for forest fires by principle component clustering analysis

    指标 Index 因子1
    Factor 1 (F1)
    因子2
    Factor 2 (F2)
    火灾总次数 Total number of fires 0.082 0.997
    火场总面积 Total fire area 0.995 − 0.057
    受害森林总面积 Total area of affected forests 0.994 − 0.063
    成林蓄积总损失量 Total loss of forest stocks 0.991 0.038
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    表 8  森林火灾主成分聚类分析系数矩阵

    Table 8.  Coefficient matrix for forest fires

    指标 Index PC1 PC2
    火灾总次数 Total number of fires 0.047 60 0.996 00
    火场总面积 Total fire area 0.577 55 − 0.056 94
    受害森林总面积 Total area of affected forests 0.576 97 − 0.062 94
    成林蓄积总损失量 Total loss of forest stocks 0.575 23 0.037 96
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    表 9  各省市区森林火灾主成分得分表

    Table 9.  Principal component score of various provinces for forest fires

    省市区
    Province
    PC1 排名
    Ranking
    PC2 排名
    Ranking
    北京 Beijing − 0.644 66 1 − 0.663 54 2
    天津 Tianjin − 0.644 09 2 − 0.647 76 4
    河北 Hebei − 0.595 95 12 − 0.419 03 15
    山西 Shanxi − 0.440 92 18 − 0.600 93 8
    内蒙古 Inner Mongolia 1.508 73 29 − 0.503 15 12
    辽宁 Liaoning − 0.581 04 15 − 0.266 77 18
    吉林 Jilin − 0.614 93 9 − 0.480 05 13
    黑龙江 Heilongjiang 8.710 51 30 − 0.907 42 1
    江苏 Jiangsu − 0.628 34 7 − 0.507 40 11
    浙江 Zhejiang 0.024 69 23 0.342 10 24
    安徽 Anhui − 0.549 22 16 − 0.256 56 19
    福建 Fujian 0.368 88 27 0.219 86 22
    江西 Jiangxi − 0.057 51 22 0.173 23 21
    山东 Shandong − 0.624 22 8 − 0.584 55 9
    河南 Henan − 0.509 69 17 0.796 86 26
    湖北 Hubei − 0.381 49 20 0.859 39 27
    湖南 Hunan 0.940 66 28 3.915 51 30
    广东 Guangdong − 0.400 21 19 − 0.180 38 20
    广西 Guangxi 0.083 32 24 1.041 06 28
    海南 Hainan − 0.599 39 11 − 0.393 97 17
    重庆 Chongqing − 0.585 38 14 − 0.397 48 16
    四川 Sichuan − 0.235 28 21 0.530 40 25
    贵州 Guizhou 0.105 08 26 2.188 22 29
    云南 Yunnan 0.092 50 25 0.338 17 23
    西藏 Xizang − 0.63215 5 − 0.624 38 7
    陕西 Shaanxi − 0.612 24 10 − 0.472 18 14
    甘肃 Gansu − 0.590 09 13 − 0.632 66 6
    青海 Qinghai − 0.635 99 4 − 0.650 24 3
    宁夏 Ningxia − 0.641 79 3 − 0.639 61 5
    新疆 Xinjiang − 0.629 85 6 − 0.576 72 10
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    表 10  森林病虫鼠害主成分聚类分析总方差解释表

    Table 10.  Total variance explained for forest diseases, pests and rodents by principle component clustering analysis

    主成分
    Principal
    component
    初始特征值
    Initial eigenvalue
    提取载荷平方和
    Sum of squares of loads
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率
    Contribution rate/%
    累计贡献率
    Accumulative contribution rate/%
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率
    Contribution rate/%
    累计贡献率
    Accumulative contribution rate/%
    PC1 1.970 65.664 65.664 1.970 65.664 65.664
    PC2 0.749 24.963 90.626 0.749 24.963 90.626
    PC3 0.281 9.374 100.000
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    表 11  森林病虫鼠害主成分聚类分析因子载荷矩阵

    Table 11.  Component matrix for forest diseases, pests and rodents by principle component clustering analysis

    指标 Index F1 F2
    森林病虫鼠害发生面积
    Disaster area of forest diseases, pests and rodents
    0.644 0.762
    中度森林灾害占比
    Moderate forest disaster proportion
    0.864 − 0.354
    重度森林灾害占比
    Heavy forest disaster ratio
    0.899 − 0.206
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    表 12  森林病虫鼠害主成分聚类分析系数矩阵

    Table 12.  Coefficient matrix for forest diseases, pests and rodents

    指标 Index PC1 PC2
    森林病虫鼠害发生面积
    Disaster area of forest diseases, pests and rodents
    0.458 83 0.880 47
    中度森林灾害占比
    Moderate forest disaster proportion
    0.615 57 − 0.409 04
    重度森林灾害占比
    Heavy forest disaster ratio
    0.640 51 − 0.238 03
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    表 13  森林病虫鼠害主成分聚类分析及各省市区主成分得分表

    Table 13.  Principal component score of various provinces for forest diseases, pests and rodents

    省市区 Province PC1 排名 Ranking PC2 排名 Ranking 类别 Classification
    北京 Beijing − 1.315 09 1 − 0.535 31 4 I
    天津 Tianjin − 0.860 20 5 − 0.619 83 3 I
    河北 Hebei − 0.085 53 17 0.379 86 25 I
    山西 Shanxi − 0.376 57 12 − 0.262 89 12 I
    内蒙古 Inner Mongolia 1.517 12 28 1.740 60 30 IV
    辽宁 Liaoning 0.541 41 25 0.578 82 28 I
    吉林 Jilin − 0.217 43 15 − 0.269 66 11 I
    黑龙江 Heilongjiang 1.649 02 30 − 0.241 34 13 III
    上海 Shanghai − 1.130 31 2 − 0.667 06 2 I
    江苏 Jiangsu − 0.862 92 4 − 0.455 28 5 I
    浙江 Zhejiang − 1.022 98 3 − 0.451 59 6 I
    安徽 Anhui − 0.197 93 16 0.152 00 23 I
    福建 Fujian − 0.592 51 7 − 0.233 63 14 I
    江西 Jiangxi − 0.589 62 8 − 0.138 81 15 I
    山东 Shandong − 0.484 70 9 0.437 48 26 I
    河南 Henan − 0.029 86 19 0.524 23 27 I
    湖北 Hubei − 0.052 31 18 0.104 91 22 I
    湖南 Hunan − 0.450 52 10 0.065 96 20 I
    广东 Guangdong − 0.401 48 11 − 0.074 87 17 I
    广西 Guangxi − 0.330 73 14 0.081 37 21 I
    海南 Hainan 2.956 74 31 − 2.708 92 1 II
    重庆 Chongqing − 0.602 82 6 − 0.003 00 19 I
    四川 Sichuan 0.552 75 26 0.817 77 29 I
    贵州 Guizhou − 0.364 44 13 − 0.415 37 7 I
    云南 Yunnan 0.046 49 20 − 0.010 84 18 I
    西藏 Xizang 0.589 73 27 − 0.357 42 8 I
    陕西 Shaanxi 0.063 05 21 0.155 48 24 I
    甘肃 Gansu 0.075 98 22 − 0.088 51 16 I
    青海 Qinghai 0.252 96 24 − 0.351 04 9 I
    宁夏 Ningxia 0.155 75 23 − 0.285 74 10 I
    新疆 Xinjiang 1.566 96 29 3.132 64 31 IV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-07
  • 录用日期:  2018-09-14
  • 网络出版日期:  2019-03-28
  • 刊出日期:  2019-03-01

我国森林灾害的空间分布分析

    作者简介: 张颖,教授,博士生导师。主要研究方向:资源、环境评价与核算,区域经济学。Email:zhangyin@bjfu.edu.cn 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学经济管理学院
  • 北京林业大学经济管理学院,北京 100083

摘要: 目的森林火灾及病虫鼠害是森林生态系统的重要影响因子,对森林生态系统的稳定和平衡有重要影响。开展对森林灾害的研究,对提高森林资源风险的管控能力和应对措施等有重要的意义。方法 本研究收集了我国2003—2016年主要森林灾害的相关数据,采用主成分聚类分析的方法,对森林灾害的空间分布进行了分析。结果 2003—2016年,在森林火灾总次数上,湖南和贵州两省位居前列。在火场总面积上,黑龙江省远高于其他省份,北京和天津的火场总面积最少。在受害森林总面积上,黑龙江省和内蒙古自治区比较严重,是其他省市区的几十倍甚至上百倍。在成林蓄积量损失上,黑龙江省也是最严重的省份,平均每年火灾损失成林蓄积68.61万m3。按受灾程度将火灾发生区分为轻度森林火灾区(I类)、中度森林火灾区(II类)和重度森林火灾区(III类)3类,黑龙江省为重度火灾区,受灾程度最严重。在病虫鼠害的空间分布上,按照受灾面积的大小分为4类,其中新疆和内蒙属于IV类地区,为病虫鼠害发生面积很大区;其他省市区分别属于I ~ III类,为病虫鼠害发生面积较小(北京市、上海市等)、中度(海南省)和较大区(黑龙江省等)。结论 2003—2016年,我国森林火灾次数、受害面积等总体呈下降趋势,但近年来全国森林病虫鼠害的发生面积总体呈现上升趋势,且面积居高不下,中度和重度森林灾害面积占比增加,这应该引起高度重视。本研究对相关问题进行了讨论,为我国森林灾害的风险管控提供参考。

English Abstract

  • 森林灾害(Forest disaster)是森林生态系统的重要影响因子,对森林生态系统的稳定和平衡产生重要影响。因此,研究森林灾害对森林资源的影响,对森林的保护和生态系统的稳定等有重要的意义。

    我国森林灾害主要有森林火灾、森林病虫鼠害和乱砍滥伐[1]。日本定义森林灾害主要为森林火灾、森林风灾和森林雪灾[2]。欧洲把森林灾害定义为森林风灾、森林雪灾和森林虫灾等[3]。美国则把森林灾害定义为森林火灾、森林病虫害和森林鸟灾等[4]。因此,不同国家对森林灾害的定义不同,但主要包括森林火灾、森林病虫害等。

    森林火灾是指失去人为控制的,在林地内自由蔓延和扩展的,达到一定面积的并对森林生态系统和人类造成一定危害和损失的林地起火[5]。森林病害是指林木受侵染性病原体和非侵染性病原体等致病因素的影响,造成其生理机能、细胞核组织的结构以及外部形态上发生局部或整体变化的现象[6]。森林虫害是指林木的叶片、枝条、树干和树根等单一或多个部位被森林害虫取食危害,造成生理机能以及外部形态上发生局部或者全体变化的现象[6]。森林鼠害是指由啮齿动物引发的一类森林灾害[7]。森林灾害受气候变化、地形特征、人为因素等多方面影响,其发生规律与这些因素密切相关。近年来,国内外学者对森林火灾、病虫鼠害等进行了大量研究,并取得了一定的进展[89]。尤其是联合国粮农组织对这些灾害主要采用指标法进行评价和统计,并把这些灾害造成的影响纳入环境统计开发框架中[4]。我国学者陶玉柱[5]、徐艳梅[6]、韩崇选[7]等对森林火灾、病虫鼠害等发生规律和防治技术进行了研究。这些研究对掌握森林灾害的发生规律和森林灾害预测预报及森林防灾补救工作的顺利开展和资源管理等具有重要的意义[10]。因此,本文也将森林灾害主要界定为森林火灾和森林病虫鼠害,并对其空间分布进行探索,以期为相关管理提供参考。

    • 为了便于从区域上统计分析森林灾害发生的规律,根据全国行政区划,将全国划分为华北地区,主要包括北京、河北、天津、山西、内蒙古;东北地区,包括黑龙江、吉林、辽宁;华东地区,包括上海、山东、江苏、安徽、江西、浙江、福建;华中地区,包括湖北、湖南、河南;华南地区,包括广东、广西、海南;西南地区,包括四川、重庆、贵州、云南、西藏;西北地区,包括陕西、甘肃、宁夏、新疆、青海。在这7大地区,31个省市区中,不包括港澳台地区。

    • 在数据收集上,所有数据主要来源于《中国林业统计年鉴》[1112]。森林火灾主要收集2003—2016年的相关数据。森林病虫鼠害主要收集各省市区2012—2016年的数据,并采用主成分聚类分析法分析森林灾害的空间分布情况。在火灾类型划分上,根据国务院制定的《森林防火条例》第四十条规定[13]:按照受害森林面积和伤亡人数,森林火灾可以分为一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾和特别重大森林火灾。具体分类标准如表1所示。

      表 1  森林火灾类型

      Table 1.  Forest fire types

      森林火灾类型
      Forest fires type
      受害面积/hm2
      Damaged area/ha
      死亡人数
      Death toll
      重伤人数
      Seriously injured people
      一般森林火灾 General forest fire < 1 1 ~ 3 1 ~ 10
      较大森林火灾 Larger forest fire 1 ~ 100 3 ~ 10 10 ~ 50
      重大森林火灾 Serious forest fire 101 ~ 1 000 10 ~ 30 50 ~ 100
      特别重大森林火灾 Extremely serious forest fire > 1 000 > 30 > 100
      注:资料来源[13]。Note:data are cited from reference [13].

      在森林病虫鼠害的划分上,根据《中华人民共和国森林病虫害防治条例》[14],将森林病虫鼠害划分为森林病虫害发生、中度、重度3大类型。收集的森林火灾数据如表2表3所示。收集的森林病虫鼠害的数据如表4所示。

      表 2  各地区森林火灾次数统计

      Table 2.  Number of forest fires in various regions

      年份
      Year
      华中地区
      Central China
      华北地区
      Northern China
      西南地区
      Southwestern China
      华东地区
      Eastern China
      华南地区
      Southern China
      东北地区
      Northeastern China
      西北地区
      Northwestern China
      2003 2 123 2 184 3 483 2 475 1 458 641 102
      2004 4 627 2 327 2 304 3 967 1 737 403 105
      2005 5 241 2 519 2 199 1 969 1 121 370 128
      2006 3 001 2 485 2 604 838 758 385 105
      2007 3 990 2 334 2 405 1 073 997 309 159
      2008 7 243 2 208 3 327 1 838 942 463 131
      2009 3 429 2 185 2 544 1 387 803 361 159
      2010 2 248 2 162 3 580 566 895 107 175
      2011 2 005 2 224 1 019 1 327 631 155 198
      2012 1 635 2 184 1 111 396 377 141 134
      2013 1 472 2 180 954 539 461 50 286
      2014 759 2 280 1 018 639 622 209 190
      2015 166 2 223 514 261 1 359 335 93
      2016 469 2 151 387 225 522 192 104
      总计 Total 38 408 31 646 27 449 17 500 12 683 4 121 2 069
      平均 Mean 2 743.43 2 260.43 1 960.64 1 250 905.93 294.36 147.79
      注:资料来源[1112]。Note: data are cited from reference [1112].

      表 3  各地区森林火场总面积

      Table 3.  Total area of forest fires in various regions

      年份
      Year
      东北地区/hm2
      Northeastern
      China/ha
      华北地区/hm2
      Northern
      China/ha
      华东地区/hm2
      Eastern
      China/ha
      西北地区/hm2
      Northwestern
      China/ha
      华中地区/hm2
      Central
      China/ha
      华南地区/hm2
      Southern
      China/ha
      西南地区/hm2
      Southwestern
      China/ha
      2003 800 019.1 214 642.0 37 449.0 31 864.6 31 962.8 23 135.4 3 084.4
      2004 186 304.7 10 430.1 21 715.5 67 578.9 28 799.1 30 391.5 995.3
      2005 132 831.0 53 862.0 30 795.0 30 320.0 27 202.0 16 999.0 626.0
      2006 417 104.2 83 268.7 32 099.4 8 298.7 12 362.9 10 521.5 654.5
      2007 40 287.0 15 893.0 21 743.0 11 911.0 20 127.0 16 537.0 636.0
      2008 20 096.0 18 768.0 58 086.0 35 187.0 40 678.0 13 085.0 605.0
      2009 101 594.0 23 382.0 28 921.0 28 766.0 22 298.0 10 020.0 667.0
      2010 14 267.0 11 881.0 56 883.0 4 975.0 12 519.0 17 829.0 1 357.0
      2011 2 558.0 12 319.0 9 277.0 19 693.0 11 041.0 8 579.0 1 970.0
      2012 1 598.0 9 117.0 13 959.0 4 651.0 10 022.0 5 207.0 629.0
      2013 312.0 5 443.0 16 279.0 7 308.0 9 091.0 4 937.0 1 533.0
      2014 1 480.0 9 895.0 22 056.0 8 094.0 5 926.0 8 997.0 907.0
      2015 3 250.0 7 148.0 6 596.0 4 713.0 1 037.0 11 862.0 490.0
      2016 2 469.0 4 557.0 2 602.0 1 859.0 1 782.0 5 936.0 975.0
      总计 Total 1 724 170.0 480 605.8 358 460.9 265 219.2 234 847.8 184 036.4 15 129.2
      平均 Mean 229 889.3 64 080.8 47 794.8 35 362.6 31 313.0 24 538.2 2 017.2
      注:由于上海市没有森林火灾的统计数据,因此,华东地区不包括上海市的相关统计资料。下同。资料来源[1112]。Notes: since Shanghai does not have statistics on forest fires, eastern China does not include relevant statistics on Shanghai. The same below. Data are cited from reference [1112].

      表 4  2012—2016年各省市区森林病虫鼠害统计

      Table 4.  Area of forest diseases, pests and rodents in each province from 2012 to 2016

      省市区
      Province
      森林病虫鼠害发生面积/hm2
      Area of forest pest and
      rodent infestation/ha
      中度森林灾害占比
      Moderate forest disaster
      proportion/%
      重度森林灾害占比
      Serious forest
      disaster ratio/%
      北京 Beijing 197.152 0.19 0.03
      广东 Guangdong 1 553.038 11.84 0.35
      上海 Shanghai 26.995 5.14 0.56
      山东 Shandong 2 511.869 4.88 0.88
      山西 Shanxi 1 191.765 14.54 1.04
      贵州 Guizhou 1 087.837 9.08 2.03
      浙江 Zhejiang 490.996 5.20 2.06
      天津 Tianjin 240.572 10.06 2.31
      河南 Henan 2 893.375 12.79 2.85
      重庆 Chongqing 1 446.76 13.10 2.88
      江西 Jiangxi 1 311.365 9.99 3.21
      广西 Guangxi 1 855.257 12.94 3.93
      湖南 Hunan 1 771.786 10.69 4.53
      安徽 Anhui 2 063.284 14.45 4.94
      河北 Hebei 2 565.842 14.01 4.96
      甘肃 Gansu 1 746.386 21.36 5.15
      青海 Qinghai 1 355.454 26.06 5.31
      宁夏 Ningxia 1 365.204 26.29 5.60
      江苏 Jiangsu 534.485 9.27 5.75
      福建 Fujian 1 103.263 11.78 5.83
      海南 Hainan 105.432 22.23 6.46
      陕西 Shaanxi 2 119.728 22.28 6.70
      云南 Yunnan 1 847.057 21.41 7.04
      黑龙江 Heilongjiang 2 195.373 52.98 7.34
      新疆 Xinjiang 8 663.044 18.73 7.44
      湖北 Hubei 2 018.825 18.57 8.17
      辽宁 Liaoning 3 237.853 24.41 8.87
      吉林 Jilin 1 188.899 20.19 9.75
      四川 Sichuan 3 652.284 24.33 9.85
      内蒙古 Inner Mongolia 5 948.156 31.53 15.70
      注:2012年后,森林鼠害的数据包括在我国森林病虫害的统计数据当中,因此,森林病虫害的数据包括了森林鼠害的相关统计数据。下同。资料来源[1112]。Notes: after 2012, the data of forest rodents are included in the statistics of forest diseases and pests in China. Therefore, the data of forest diseases, pests and rodents include related statistics of forest rodents. The same below. Data are cited from reference [1112].
    • 针对上述数据,本研究主要采用主成分聚类分析法进行分析。主成分聚类分析法主要针对没有差异的评价指标,通过对指标的标准化、主成分分析和聚类分析,降低指标间的相关性和赋权的主观性,从而提高评价的科学性。该方法相较于单纯的主成分分析和聚类分析法,能够提高评价的科学性和可靠性,并能明显消除评价指标信息的重叠性和主观性,使评价结果更加科学化[1516]

    • 表2表3的数据可以看出,2003—2016年间,在森林火灾的发生次数方面,华中地区总计发生的森林火灾最多,14年间共发生森林火灾38 408次,平均每年发生森林火灾2 743次。东北地区的火灾次数虽然在所有地区中并不算多,但其影响强度却非常巨大。2003—2016年间,东北地区火场总面积达到172.42万hm2,远高于位居第2的华北地区的48.06万hm2和位列第3的西南地区的35.85万hm2,火灾波及面广,同时也造成东北地区森林蓄积量损失远高于其他地区。14年间,东北地区成林总蓄积量损失高达965.82万m3,平均每年损失成林蓄积68.99万m3[17]

      对比各个地区在不同指标上的相似性可以发现,在火灾总次数上,华南、东北、西北地区比较相近,平均火灾次数均在1 000次/年以下;西南、华东地区比较相近,平均火灾次数在1 000 ~ 2 000次/年;华中、华北地区情况相近,平均火灾次数在2 000次/年以上。在火场总面积这个指标上,西北地区平均每年火场总面积明显低于其他地区14年间的年平均森林火场面积2 017.23 hm2的值。东北地区年均火场总面积明显高于其他地区,14年间平均每年的森林火场面积为22.99万hm2。华北地区与东北地区比较相似,火场总面积在4万 ~ 70万hm2之间,西北、华中、华南地区比较相似,火场总面积在2万 ~3万hm2之间。

      为进一步度量不同地区在各个指标上的相似性,对2003—2016年间不同地区的森林火灾情况进行主成分聚类分析。

      进一步收集了各省2003—2016年间火灾发生总次数、火场总面积、受害森林总面积、成林总蓄积量损失4个指标进行分析,具体数据如表5所示。

      表 5  2003—2016年各省市区森林火灾情况

      Table 5.  Provincial forest fires from 2003 to 2016

      省市区
      Province
      火灾总次数
      Total number of fires
      火场总面积/hm2
      Total fire area/ha
      受害森林总面积/hm2
      Total area of affected forests/ha
      成林总蓄积量损失
      Total loss of forest stocks/m3
      黑龙江 Heilongjiang 1 058.00 1 708 793.30 722 161.00 9 606 005.00
      内蒙古 Inner Mongolia 1 600.00 405 928.60 218 595.70 1 414 432.70
      湖南 Hunan 23 206.00 156 677.80 97 267.30 2 043 660.20
      福建 Fujian 4 524.00 87 405.80 56 873.60 1 753 919.30
      江西 Jiangxi 4 377.00 87 425.10 42 538.40 631 947.00
      浙江 Zhejiang 5 163.00 73 615.20 38 271.60 997 125.60
      贵州 Guizhou 14 521.00 149 632.10 30 380.50 642 994.40
      云南 Yunnan 5 179.00 140 561.40 26 632.40 979 097.10
      广西 Guangxi 8 726.00 143 405.50 26 457.60 832 929.30
      广东 Guangdong 2 530.00 34 769.20 16 160.20 275 857.00
      四川 Sichuan 6 081.00 57 785.30 13 702.40 582 179.40
      湖北 Hubei 7 774.00 58 407.70 10 084.30 125 682.50
      山西 Shanxi 395.00 31 093.20 9 597.40 320 324.70
      河南 Henan 7 428.00 19 762.30 6 201.60 11 068.10
      安徽 Anhui 2 118.00 11 486.00 4 945.40 108 418.00
      辽宁 Liaoning 2 076.00 12 618.60 4 177.10 15 199.90
      海南 Hainan 1 427.00 5 861.70 3 087.70 30 387.50
      重庆 Chongqing 1 403.00 6 822.60 2 266.80 79 657.70
      陕西 Shaanxi 1 033.00 5 474.50 2 094.50 17 598.50
      河北 Hebei 1 309.00 14 673.50 1 997.00 8 774.30
      山东 Shandong 467.00 3 198.40 1 946.70 12 103.60
      青海 Qinghai 136.00 2 216.20 1 270.90 14.40
      吉林 Jilin 987.00 2 758.10 1 264.90 36 994.90
      新疆 Xinjiang 504.00 2 509.10 1 081.00 8 965.40
      甘肃 Gansu 210.00 3 419.30 975.10 136 472.00
      江苏 Jiangxi 851.00 2 088.70 819.76 9 304.30
      西藏 Xizang 265.00 3 659.50 698.60 7 417.60
      北京 Beijing 65.00 364.30 182.40 215.10
      宁夏 Ningxia 186.00 1 510.10 105.80 16.00
      天津 Tianjin 144.00 413.20 101.30 431.00

      表5可以看出:在森林火灾发生总次数上,湖南和贵州两省位居前列,14年间分别发生森林火灾23 206次、14 521次。在火场总面积上,黑龙江省远高于其他省份,14年间森林火场面积总计170.88万hm2。北京和天津的火场总面积最少,分别为364.3 hm2和413.20 hm2。在受害森林总面积上,黑龙江省和内蒙古自治区比较严重,受害森林面积分别为72.22万hm2和21.86万hm2,是其他省市区的几十倍甚至上百倍。在成林蓄积量损失上,黑龙江省也是最严重的省份,成林总蓄积量损失960.60万m3,平均每年损失成林蓄积68.61万m3

      首先,采用Z-score方法对原始数据进行标准化处理。随后对标准化后的数据进行Bartlett’s球形检验和KMO检验,本研究的KMO检验值为0.725,高于0.5的适用标准[1718];Bartlett球形检验的概率值为0.000,小于0.05,说明所选用的数据可以进行因子分析。其次,对标准化后的数据进行主成分分析,由输出结果得PC1、PC2前两个主成分的方差和占全部方差比例的99.248%(表6)。因而选取PC1为第1主成分,PC2为第2主成分,这两个主成分几乎保留了原来指标的所有信息量。

      表 6  森林火灾主成分聚类分析总方差解释表

      Table 6.  Total variance explained for forest fires by principle component clustering analysis

      主成分
      Principal
      component
      初始特征值
      Initial eigenvalue
      提取载荷平方和
      Sum squares of loads
      特征值
      Eigenvalue
      贡献率
      Contribution rate/%
      累计贡献率
      Accumulative contribution rate/%
      特征值
      Eigenvalue
      贡献率
      Contribution rate/%
      累计贡献率
      Accumulative contribution rate/%
      PC1 2.968 74.202 74.202 2.968 74.202 74.202
      PC2 1.002 25.046 99.248 1.002 25.046 99.248
      PC3 0.023 0.582 99.83
      PC4 0.007 0.17 100
      注:该表由SPSS18.0计算所得。Note: the table was calculated by SPSS18.0.

      进一步计算得到因子载荷矩阵如表7所示。由表7可以看出,主成分PC1在火场总面积、受害森林总面积、成林蓄积总损失量这3个指标上有着较大的载荷。因此,定义第1主成分(PC1)为森林火灾影响程度因子(F1)。主成分PC2在火灾总次数上的载荷明显大于其在其他指标上的载荷。因此,定义第2主成分(PC2)为森林火灾次数因子(F2)。

      表 7  森林火灾主成分聚类分析因子载荷矩阵

      Table 7.  Component matrix for forest fires by principle component clustering analysis

      指标 Index 因子1
      Factor 1 (F1)
      因子2
      Factor 2 (F2)
      火灾总次数 Total number of fires 0.082 0.997
      火场总面积 Total fire area 0.995 − 0.057
      受害森林总面积 Total area of affected forests 0.994 − 0.063
      成林蓄积总损失量 Total loss of forest stocks 0.991 0.038

      用因子载荷矩阵的第i列的每个元素分别除以第i个特征根的平方根,得到主成分分析的第i个主成分的系数,结果如表8所示。

      表 8  森林火灾主成分聚类分析系数矩阵

      Table 8.  Coefficient matrix for forest fires

      指标 Index PC1 PC2
      火灾总次数 Total number of fires 0.047 60 0.996 00
      火场总面积 Total fire area 0.577 55 − 0.056 94
      受害森林总面积 Total area of affected forests 0.576 97 − 0.062 94
      成林蓄积总损失量 Total loss of forest stocks 0.575 23 0.037 96

      因此,主成分PC1、PC2的线性组合为:

      $ \left\{ {\begin{aligned} & {{{\rm{PC}}1} = 0.047\;60{x_1}^* + 0.577\;55{x_2}^* + } \\ & \quad \quad \;{0.576\;97{x_3}^* + 0.575\;23{x_4}^*} \\ & {{{\rm{PC}}2} = 0.996\;00{x_1}^* - 0.056\;94{x_2}^* - } \\ & \quad \quad \;{0.062\;94{x_3}^* + 0.037\;96{x_4}^*} \end{aligned}} \right. $

      (1)

      式中:x1*x2*x3*x4*表示对原始变量标准化后的数值。最终,计算出30个省市区的森林火灾主成分如表9所示。

      表 9  各省市区森林火灾主成分得分表

      Table 9.  Principal component score of various provinces for forest fires

      省市区
      Province
      PC1 排名
      Ranking
      PC2 排名
      Ranking
      北京 Beijing − 0.644 66 1 − 0.663 54 2
      天津 Tianjin − 0.644 09 2 − 0.647 76 4
      河北 Hebei − 0.595 95 12 − 0.419 03 15
      山西 Shanxi − 0.440 92 18 − 0.600 93 8
      内蒙古 Inner Mongolia 1.508 73 29 − 0.503 15 12
      辽宁 Liaoning − 0.581 04 15 − 0.266 77 18
      吉林 Jilin − 0.614 93 9 − 0.480 05 13
      黑龙江 Heilongjiang 8.710 51 30 − 0.907 42 1
      江苏 Jiangsu − 0.628 34 7 − 0.507 40 11
      浙江 Zhejiang 0.024 69 23 0.342 10 24
      安徽 Anhui − 0.549 22 16 − 0.256 56 19
      福建 Fujian 0.368 88 27 0.219 86 22
      江西 Jiangxi − 0.057 51 22 0.173 23 21
      山东 Shandong − 0.624 22 8 − 0.584 55 9
      河南 Henan − 0.509 69 17 0.796 86 26
      湖北 Hubei − 0.381 49 20 0.859 39 27
      湖南 Hunan 0.940 66 28 3.915 51 30
      广东 Guangdong − 0.400 21 19 − 0.180 38 20
      广西 Guangxi 0.083 32 24 1.041 06 28
      海南 Hainan − 0.599 39 11 − 0.393 97 17
      重庆 Chongqing − 0.585 38 14 − 0.397 48 16
      四川 Sichuan − 0.235 28 21 0.530 40 25
      贵州 Guizhou 0.105 08 26 2.188 22 29
      云南 Yunnan 0.092 50 25 0.338 17 23
      西藏 Xizang − 0.63215 5 − 0.624 38 7
      陕西 Shaanxi − 0.612 24 10 − 0.472 18 14
      甘肃 Gansu − 0.590 09 13 − 0.632 66 6
      青海 Qinghai − 0.635 99 4 − 0.650 24 3
      宁夏 Ningxia − 0.641 79 3 − 0.639 61 5
      新疆 Xinjiang − 0.629 85 6 − 0.576 72 10

      进一步根据两个主成分得分,选用类平均法对各个地区森林火灾进行聚类分析,输出的谱系图如图1所示。

      图  1  各省市区森林火灾情况谱系图

      Figure 1.  Provincial forest fires tree diagram

      因此,根据图1,按森林火灾受灾强度从轻到重的顺序将30个省(市、自治区)分为I、II、III类。

      I类(轻度森林火灾区):包括青海、宁夏、北京、天津、甘肃、新疆、西藏、陕西、吉林、河北、山东、山西、海南、辽宁、重庆、江苏、安徽、广东、河南、江西、四川、浙江、广西、云南、福建、湖北、内蒙古27省市区。相比于II、III类地区,这些地区森林火灾发生次数较少,火场面积、受害森林面积、成林蓄积量也损失较少。总体而言,火灾发生情况较轻。

      II类(中度森林火灾区):包括湖南、贵州两省。湖南、贵州两省在2003—2016年14年间,分别发生火灾23 206次、14 521次,平均每年发生火灾1 658次和1 037次,这个数量远高于其他省份。总体而言,第II类省市区森林火灾的发生情况较为严重,森林火灾发生比较频繁。

      III类(重度森林火灾区):主要为黑龙江省。在所有研究地区中,黑龙江省的火灾情况最为严重,2003—2016年间,黑龙江省共发生森林火灾1 058次,平均每年76次。火场总面积为170.88万hm2,平均每年火场面积达12.21万hm2,成林蓄积量损失68.61万m3。虽然黑龙江省火灾发生次数并不多,但其影响的范围和程度远大于其他省份。

    • 同样,由表4的数据可以看出:在森林病虫鼠害发生面积方面,新疆自治区的情况比较严重,5年间受到森林病虫鼠害影响的面积达到8 663.04 hm2,远高于其他省市区,在中度和重度森林灾害占比方面,黑龙江省情况最为严重,中度和重度森林病虫鼠害占到了60.32%;其次是西藏自治区,占比为56.42%。同样先对表4的数据采用Z-score方法进行标准化处理,随后对标准化后的数据进行Bartlett’s球形检验和KMO检验。本研究的KMO检验值为0.59,高于0.5的适用标准值;Bartlett球形检验的概率值为0.000,在0.05水平下差异显著,说明所选用的数据可以进行因子分析。

      进一步进行主成分分析,输出结果如表10所示。表10中PC1、PC2前两个主成分的方差和占全部方差的比例为90.626%。故选取PC1为第1主成分,PC2为第2主成分。

      表 10  森林病虫鼠害主成分聚类分析总方差解释表

      Table 10.  Total variance explained for forest diseases, pests and rodents by principle component clustering analysis

      主成分
      Principal
      component
      初始特征值
      Initial eigenvalue
      提取载荷平方和
      Sum of squares of loads
      特征值
      Eigenvalue
      贡献率
      Contribution rate/%
      累计贡献率
      Accumulative contribution rate/%
      特征值
      Eigenvalue
      贡献率
      Contribution rate/%
      累计贡献率
      Accumulative contribution rate/%
      PC1 1.970 65.664 65.664 1.970 65.664 65.664
      PC2 0.749 24.963 90.626 0.749 24.963 90.626
      PC3 0.281 9.374 100.000

      表10的因子载荷矩阵可以看出:主成分PC1在中度森林灾害比例、重度森林灾害比例这两个指标上有着较大的载荷。因此,定义第1主成分(PC1)为严重森林病虫鼠害占比指标(F1)。主成分PC2在森林病虫鼠害发生面积上的载荷明显最大,因此,定义第2主成分(PC2)为森林病虫鼠害发生面积指标(F2)(表11)。

      表 11  森林病虫鼠害主成分聚类分析因子载荷矩阵

      Table 11.  Component matrix for forest diseases, pests and rodents by principle component clustering analysis

      指标 Index F1 F2
      森林病虫鼠害发生面积
      Disaster area of forest diseases, pests and rodents
      0.644 0.762
      中度森林灾害占比
      Moderate forest disaster proportion
      0.864 − 0.354
      重度森林灾害占比
      Heavy forest disaster ratio
      0.899 − 0.206

      进一步对输出的因子载荷矩阵的第i列的每个元素分别除以第i个特征根的平方根,得到第i个主成分的系数,结果如表12所示。

      表 12  森林病虫鼠害主成分聚类分析系数矩阵

      Table 12.  Coefficient matrix for forest diseases, pests and rodents

      指标 Index PC1 PC2
      森林病虫鼠害发生面积
      Disaster area of forest diseases, pests and rodents
      0.458 83 0.880 47
      中度森林灾害占比
      Moderate forest disaster proportion
      0.615 57 − 0.409 04
      重度森林灾害占比
      Heavy forest disaster ratio
      0.640 51 − 0.238 03

      表12得到森林病虫鼠害的主成分PC1、PC2的线性组合为:

      $\left\{ {\begin{aligned} & {{{\rm{PC}}1} = 0.458\;83{x_1}^* + 0.615\;57{x_2}^* + 0.640\;51{x_3}^*}\\ & {{{\rm{PC}}2} = 0.880\;47{x_1}^* - 0.409\;04{x_2}^* - 0.238\;03{x_3}^*} \end{aligned}} \right.$

      (2)

      式中:x1*x2*x3*x4*表示森林病虫鼠害主成分分析原始变量标准化后的数值。

      根据公式(2),计算出的31个省市区的主成分得分如表13所示。并进一步选用类平均法对各个地区进行聚类分析,输出的森林病虫鼠害的主成分聚类分析谱系如图2所示。在确定分类数为4的前提下,将31个省市区森林病虫鼠害发生面积分为I、II、III、IV 4类[1819],分类结果如表13所示。

      表 13  森林病虫鼠害主成分聚类分析及各省市区主成分得分表

      Table 13.  Principal component score of various provinces for forest diseases, pests and rodents

      省市区 Province PC1 排名 Ranking PC2 排名 Ranking 类别 Classification
      北京 Beijing − 1.315 09 1 − 0.535 31 4 I
      天津 Tianjin − 0.860 20 5 − 0.619 83 3 I
      河北 Hebei − 0.085 53 17 0.379 86 25 I
      山西 Shanxi − 0.376 57 12 − 0.262 89 12 I
      内蒙古 Inner Mongolia 1.517 12 28 1.740 60 30 IV
      辽宁 Liaoning 0.541 41 25 0.578 82 28 I
      吉林 Jilin − 0.217 43 15 − 0.269 66 11 I
      黑龙江 Heilongjiang 1.649 02 30 − 0.241 34 13 III
      上海 Shanghai − 1.130 31 2 − 0.667 06 2 I
      江苏 Jiangsu − 0.862 92 4 − 0.455 28 5 I
      浙江 Zhejiang − 1.022 98 3 − 0.451 59 6 I
      安徽 Anhui − 0.197 93 16 0.152 00 23 I
      福建 Fujian − 0.592 51 7 − 0.233 63 14 I
      江西 Jiangxi − 0.589 62 8 − 0.138 81 15 I
      山东 Shandong − 0.484 70 9 0.437 48 26 I
      河南 Henan − 0.029 86 19 0.524 23 27 I
      湖北 Hubei − 0.052 31 18 0.104 91 22 I
      湖南 Hunan − 0.450 52 10 0.065 96 20 I
      广东 Guangdong − 0.401 48 11 − 0.074 87 17 I
      广西 Guangxi − 0.330 73 14 0.081 37 21 I
      海南 Hainan 2.956 74 31 − 2.708 92 1 II
      重庆 Chongqing − 0.602 82 6 − 0.003 00 19 I
      四川 Sichuan 0.552 75 26 0.817 77 29 I
      贵州 Guizhou − 0.364 44 13 − 0.415 37 7 I
      云南 Yunnan 0.046 49 20 − 0.010 84 18 I
      西藏 Xizang 0.589 73 27 − 0.357 42 8 I
      陕西 Shaanxi 0.063 05 21 0.155 48 24 I
      甘肃 Gansu 0.075 98 22 − 0.088 51 16 I
      青海 Qinghai 0.252 96 24 − 0.351 04 9 I
      宁夏 Ningxia 0.155 75 23 − 0.285 74 10 I
      新疆 Xinjiang 1.566 96 29 3.132 64 31 IV

      图  2  各省市区森林病虫鼠害主成分聚类分析谱系图

      Figure 2.  Provincial forest diseases, pests and rodents tree diagram by principle component clustering analysis

      因此,根据各个省市区森林病虫鼠害发生的面积及中度、重度森林灾害的比例的聚类分析可以看出,我国森林病虫鼠害的空间分布可分为4类。其中:

      I类:森林病虫鼠害发生面积小,且中度及重度病虫鼠害所占比重较低。代表省份主要有北京市、上海市等。上海在所有省市区中,森林病虫鼠害发生的面积最小,约为27.00 hm2,且中度及重度森林病虫鼠害所占比例很低,共计6%。北京市2012—2016年间森林病虫鼠害面积仅有197.15 hm2,且中度及重度森林病虫鼠害所占比例极低,共计仅有0.2%。

      II类:森林病虫鼠害发生面积较大,且中度及重度病虫鼠害所占比重较高。主要为海南省。海南省虽然5年间森林病虫鼠害发生面积较小,共计105.432 hm2,但中度及重度森林病虫鼠害所占比例较高,占灾害面积的28.7%。

      III类:森林病虫鼠害发生面积较大,且中度及重度病虫鼠害所占比例很高。代表省份主要有黑龙江省等。黑龙江省2012—2016年间森林病虫鼠害发生面积总计为2 195.37 hm2,处于较高的水平,且中度森林病虫鼠害面积达到53%,在所有省市区中位列第1。

      IV类:森林病虫鼠害发生面积很大,且中度及重度病虫鼠害所占比重很高。主要有新疆、内蒙古。新疆和内蒙古在2012—2016年间,中度及重度森林病虫鼠害面积分别达到8 663.04 hm2、948.16 hm2,远高于其他省市区。同时,内蒙古重度森林病虫鼠害面积达到15.7%,在所有省市区中位居第2,新疆重度森林病虫鼠害面积占比达到7.44%,也属于较高水平。

    • 从上述对我国森林灾害的分析来看,我国森林灾害在空间分布上存在一定的规律性。但下面2个问题值得讨论:

      (1)森林灾害不仅受到地形、气象、雷电等自然因素的影响,而且受到社会经济、政策等因素的影响。上述分析结果表明:自然条件好、社会经济发展水平高的省市区森林灾害未必减少。例如我国人工造林面积的持续增长,导致单一树种的人工林日益增多,生态环境越来越脆弱,对火灾、病虫鼠害的防御能力降低[20]。因此,当今世界很多国家根据本国的森林状况和国情提出了森林灾害的综合防治措施。加拿大建立了全国统一的林火预报系统,采用卫星、红外线等装置对森林火灾进行监控;北欧以人工林业为主,采取集约经营及抚育间伐的方式,将林内大量的可燃物加以利用,不仅减少了可燃物的积累还改善了林木生长发育环境,从而达到一举两得的效果;瑞典建设了密度很高的林区公路网并设置了完备的防火设施;澳大利亚,森林面积广阔且火灾季节气温高,天气干燥,因此他们选择在安全期采用大面积林内计划火烧的方式,人为减少可燃物积累,从而降低高强度火灾发生的风险[21]。在森林病虫鼠害的防治上,许多国家也采取综合防治为主的防治措施,以生态学和经济学原理为依据,选取最优化的组合方案,加之行政领导,科学技术、经费、政策法规等多方投入,建立起综合防治系统,将有害生物种群数量长期控制在经济损害允许范围内,以获得最佳的经济效益、生态效益和社会效益[22]。因此,从长期来看,我国森林灾害虽然在空间分布上存在一定的规律性,但要减小森林灾害的风险,也必须采用综合防治的方法,将各种风险控制在损害允许的水平内。

      (2)森林灾害预测预报工作非常重要。从我国森林灾害分析的空间分布可以发现,凡是森林灾害预测预报工作比较完善的省市区,森林灾害发生几率较小,如北京、江苏、浙江等省市区[23],森林灾害预测预报的制度比较完善,经费投入和领导等各项工作比较扎实,森林灾害的受灾程度就较小。因此,森林灾害预测预报工作非常重要。森林灾害的预测预报的实施与科学的领导和充足的资金投入等相关联,要想要切实提高森林灾害的防治水平,充足的预测预报资金投入必不可少,且相关预测预报的技术和手段也和森林灾害防治的有效性与防治效果直接相关[24]。因而努力做好森林灾害的预测预报工作非常重要,它对减少森林灾害损失,提高森林灾害风险管控能力有重要的作用。

    • 本文采用主成分聚类法对我国森林灾害的分析发现:

      (1)在全国层面上,对2003—2016年我国森林火灾的发生情况分析发现,森林火灾呈现总体下降的趋势。在空间分布上,森林火灾频发的地区由西南地区向北部地区扩散,森林火灾严重地区集中于东北部地区和西南部地区,且西南部地区近年来火灾更为明显。火灾受害森林面积、成林总蓄积量损失严重的地区起初集中于东北的黑龙江省和内蒙古自治区,近几年也逐渐向东南部扩散。

      (2)通过主成分聚类法对各个省市区的火灾分析发现,青海、宁夏、北京、天津、上海、甘肃、新疆、西藏、陕西、吉林、河北、山东、山西、海南、辽宁、重庆、江苏、安徽、广东、河南、江西、四川、浙江、广西、云南、福建、湖北、内蒙古27省市区归为第Ⅰ类,属森林轻度火灾区。这些地区一般森林火灾发生次数较少,森林火场面积、受害面积、成林蓄积量损失较小。湖南、贵州两省为第Ⅱ类,属中度森林火灾区。这两个地区一般森林火灾发生次数较多、森林火场面积、受害森林面积、成林蓄积量损失较大。黑龙江单独为第Ⅲ类,属森林重度火灾区,其森林火灾情况最为严重,在管理上应引起高度注意。

      (3)不同于森林火灾总体呈下降的趋势,我国森林病虫鼠害的发生面积近年来总体呈现上升的趋势,尤其是森林病虫鼠害面积居高不下,中度和重度森林灾害面积占比增加。在空间分布上,森林病虫鼠害主要分布于西北地区。东南地区的病虫鼠害相对不明显。对各个省市区的森林病虫鼠害进行主成分聚类分析发现:天津、江苏、浙江、上海、青海、宁夏、甘肃、西藏、陕西、吉林、河北、山东、山西、重庆、安徽、广东、河南、江西、广西、云南、福建、湖北、湖南、贵州、四川、辽宁26个省市区为第Ⅰ类,为森林病虫鼠害发生面积较小区域。这些地区森林病虫鼠害发生面积小,且中度及重度病虫鼠害所占比重低。海南省为第Ⅱ类,为森林病虫鼠害发生面积较大区域,一般森林病虫鼠害发生面积较大,且中度及重度病虫鼠害所占比重较高。黑龙江省为第Ⅲ类,为森林病虫鼠害发生面积较大,且中、重度病虫鼠害所占比例较高区域。新疆、内蒙古自治区为第Ⅳ类,为森林病虫鼠害发生面积很大区域,森林病虫鼠害发生面积很大,且中度及重度病虫鼠害所占比重很高。

      上述这些研究结论对我国森林灾害的变化分析有一定的参考意义,也对我国森林灾害的管理有一定的参考价值。

参考文献 (24)

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