本报告利用GLASS产品的LAI和FAPAR植被遥感参数数据，分别分析大兴安岭、黄石公园和维多利亚州地区典型的高火烧强度林区、低火烧强度林区的植被受火灾的影响状况。

 

陆地植被受林火灾害影响的空间变化分析

 

　　（1）植被遥感参数空间变化分析

 

　　首先构建大兴安岭、黄石公园、维多利亚州的年植被遥感参数时间序列数据，再计算各地区植被遥感参数距平值，通过距平值分布图来展示植被遥感参数（LAI、FAPAR）的空间变化情况。图4.9为分别大兴安岭、黄石公园、维多利亚州未过火林地的各类植被遥感参数的年内变化情况。

 

 

　　由上图可知，大兴安岭与黄石公园林地的LAI、FAPAR变化规律相似，即指数值先增高后降低，生长季值较高，7月份值最大；维多利亚州地区与北半球季节相反，LAI、FAPAR在年内先上升到最大值，后降低，再缓慢上升，4、5月份值最大。距平计算使用年植被遥感参数来进行计算，即分别采用最大月值来代表年LAI、FAPAR值：大兴安岭、黄石公园、维多利亚州的年植被遥感参数值分别由7月份、7月份以及4月份的值计算得到。

 

 

 

　　上图展示了大兴安岭林地LAI、FAPAR距平值在林火发生年（1987）及发生后的变化情况。LAI、FAPAR距平图中，绿色为正值，代表某年LAI、FAPAR值高于多年来平均水平，黄色、红色为负值，代表某年LAI、FAPAR值低于多年来平均水平；红色负值等级大，说明偏离程度更大。

 

　　过火范围内的LAI、FAPAR距平值在1987年为负值且偏离程度最大（LAI：-3.60 ~ -2.0，FAPAR：-0.60 ~ -0.20），即1987年植被相比多年平均状况明显受损；过火范围内的LAI、FAPAR距平值随时间变化有所提高，1987年未过火地区LAI距平值基本在-3.60 ~ -2.0范围内，1992年LAI距平值为最低等级的像元数量减少一半左右， 1999年，正LAI距平像元数量增大，2002年大部分像元距平值为正，FAPAR也呈现相似规律，说明植被正在恢复。1992年低距平值分布地区与大兴安岭高火烧强度地区高度吻合，说明高火烧强度区植被恢复较慢，而低火烧强度区植被恢复较快。

 

 

 

　　上图展示了黄石公园林地LAI、FAPAR距平值在林火发生后的变化情况。过火范围内的LAI、FAPAR距平值在1989年为负值且偏离程度最大：LAI（-1.70 ~ -1.0），FAPAR（大部分像元距平值为：-0.40 ~ -0.20），即1989年植被相比多年平均状况明显受损；过火范围内的LAI、FAPAR距平值随时间变化逐渐升高：1989年过火区LAI距平值为-1.70 ~ -1.0的像元比例最多，1994年基本消失，1999年正距平像元比例增加，FAPAR也呈现相似规律，说明植被正在恢复。

 

 

 

　　上图展示了维多利亚州林区LAI、FAPAR距平值在林火发生年（2009）及发生后的变化情况。过火范围内的LAI、FAPAR距平值在2009年为负值且偏离程度最大：LAI（-3.10 ~ -1.0），FAPAR（-0.60 ~ -0.20），即2009年植被相比多年平均状况明显受损；每一年过火范围内的LAI、FAPAR距平值都低于周围未过火地区的值，说明过火区植被相对未过火区受损；从2009年至2015年，过火区与未过火区LAI、FAPAR距平值差异逐渐减小：2009年LAI距平差值约为3.0，2013年距平差值约为0.50；FAPAR也呈现相似规律，说明植被正在恢复；2011年的低距平值分布情况与维多利亚州的高火烧强度地区分布情况高度吻合，说明高火烧强度区植被恢复较慢，而低火烧强度区植被恢复较快。

 

 

　　为了量化大兴安岭、黄石公园、维多利亚州过火区LAI距平值的变化规律，分别统计图4.10、4.11、4.12中对应年份不同LAI距平等级值的比例。

 

　　由图（1）可以看出，大兴安岭地区：1987至2002年灾后共15年，1987年LAI距平值负值所占比例最大，随时间递增正值像元（绿色柱状图）比例增大，负值像元（红色、橙色、黄色柱状图，颜色越深，负值程度越大，受损程度越大）比例缩减到8.73%；1992年过火区部分像元的距平值呈现正值，距平值整体有所提升，进一步说明了林火对植被的破坏作用以及植被的恢复状况。

 

　　黄石公园地区（见图（2））：从1989年至2004年灾后15年，距平负值像元比例由90.12%缩减至32.02%，距平正值像元比例由9.88%增大至69.17%；距平值为（-0.50 ~ 0.0）的像元比例先增大后减小，说明该地区在林火灾害后植被遥感参数先由严重负偏恢复至轻微负偏，而后恢复至平均水平以上。

 

　　维多利亚州地区（见图3））：从2009年至2015年灾后6年，距平负值像元比例由99.02%缩减至48.31%，而距平正值像元比例由0.98%增加至51.69%，植被遥感参数距平值由大部分（-3.10 ~ -1.0）恢复至大部分（-0.50 ~ 0.0）以及（0.0 ~ 2.80）

 

　　（2）陆地植被覆盖类型灾后变化情况分析

 

　　以2000年、2004年、2008年、2012年共4年的MCD12Q1 500m植被覆盖数据分析大兴安岭、黄石森林公园在林火灾害后的植被演替情况；以2010年、2011年、2012年、2013年共4年的植被覆盖数据来分析维多利亚州林火后的植被演替情况，过火区为图中典型过火区。

 

 

 

　　由图可以看出，大兴安岭过火区域森林（以混交林、落叶针叶林、落叶阔叶林为主）所占比例最高，且随时间变化面积逐步扩大（由74.51%增至87.53%）；混合植被指耕地与天然植被的混合区域，随时间变化逐渐被森林所代替（由19.25%缩减至5.45%），且其主要分布区域与高火烧强度区域吻合；草地有所波动；湿地比例有所降低。具体变化情况见图所示。从2000年到2013年，混合植被比例逐渐缩减，而森林所在比例逐渐增加。森林与混合植被在2003、2004年为变化转折点，森林增加迅速，混合植被加速缩减，这与灾后16年，以白桦为主、混有一定量的落叶松的乔木层已逐渐形成的研究结果一致；2007年植被类型比例趋于稳定；2009年森林比例达到最大值，这与灾后21年，落叶人工松林群落的丰富度达到最大值的研究结果一致。

 

 

 

　　由图可以看出，黄石公园过火区从2000年到2012年植被类型以草地向森林（以常绿针叶林、常绿阔叶林为主）转化，其中，草地所占比例由61.74%降低至45.57%，而森林所占比例由6.35%增长至51.16%。说明火灾后一段时间黄石公园植被类型以草地为主，随时间变化草地逐渐演变为森林。各植被类型变化情况见图4.17所示。2000年至2013年间，草地所占比例波动较大，2009年草地比例所占最小，同期森林所占比例最大；森林所占比例波动同样较大，但上升趋势明显；混合植被、农用地有略微缩减。总体来看，森林、草地等多种植被类型在2000年至2013年间互相更替，但整体上森林扩张，草地缩减。

 

 

 

　　由图可以看出，从2008年到2011年，维多利亚州典型过火区中，森林和草地所占比例波动较大，灾后森林比例先升高，后降低，基本稳定在74.33%，草地基本稳定在18.62%。结合图所示，可以看出从2007年至2013年，各地表覆盖类型基本稳定，2010年森林比例增加，同时草地比例下降，不排除分类误差的影响，总体来看，维多利亚州过火区灾后地表覆盖类型变化不明显。

 

陆地植被受林火灾害影响的时间变化分析

 

　　分别分析大兴安岭、黄石公园、维多利亚州过火区与未过火区林地的LAI、FAPAR变化情况。分别见图4.20、4.21与4.22，图中（1）为时间尺度为8天的各植被遥感参数变化情况：大兴安岭、黄石地区LAI、FAPAR指数时间范围为1982年至2016年，维多利亚州为2000年至2016年，图（2）为时间尺度为1年的各植被遥感参数的变化情况：LAI、FAPAR的年变化值为生长季最大值，图中红色代表高火烧强度林地植被遥感参数变化情况，黄色代表低火烧强度林地，青色代表未过火区林地。由图4.20、4.21与4.22可知：

 

　　（1）林火发生在植被生长季前后对植被影响状况不同

　　大兴安岭、维多利亚州林火发生于生长季前期，对该年植被生长状况影响最大。表现为过火区林地的年LAI、FAPAR峰值在火灾发生当年急剧降低，后缓慢恢复到与未过火林地一致的水平；黄石公园林火发生于生长季后期，对灾后一年的植被生长状况影响最大。表现为过火区林地的年LAI、FAPAR峰值在火灾发生后一年（1989年）急剧降低，灾后13年内在低值水平波动，后缓慢恢复到与未过火林地一致的水平；大兴安岭高强度过火区1992年LAI、FAPAR值急剧下降是因为1992年大兴安岭林区发生林火灾害，总燃烧面积超过30万hm2。黄石公园植被遥感参数值（LAI、FAPAR）整体低于大兴安岭林区与维多利亚州林区，而维多利亚州植被遥感参数值全年都保持在较高水平。

 

　　（2）高火烧强度植被受损程度更大，且植被遥感参数恢复时间更长

　　大兴安岭地区表现为高火烧强度林地的LAI、FAPAR降低程度大于低火烧强度林地，林火过后，高火烧强度LAI、FAPAR值的最大降幅为未过火林地的41.9%，低火烧强度LAI、FAPAR值最大降幅为未过火林地的26.7%，高火烧强度LAI、FAPAR值最大降幅为低火烧强度LAI、FAPAR降幅的1.6倍。且高火烧强度林地的LAI、FAPAR值灾后约10年恢复，而低火烧强度林地的LAI、FAPAR值灾后约5年恢复。已有研究也表明：高强度火烧区植被变化情况最大，且火烧强度越高、植被恢复状况越差。

　　黄石地区表现为高火烧强度林地的LAI、FAPAR降低程度明显，最大降幅为未过火林地的33.1%，而低火烧强度林地LAI、FAPAR值降低不明显，最大降幅为未过火林地的8.9%，高火烧强度LAI、FAPAR值最大降幅为低火烧强度LAI、FAPAR降幅的3.8倍；低火烧强度林地的LAI、FAPAR值灾后约20年恢复，而高火烧强度林地植被遥感参数值恢复需更长时间。

 

　　（3）植被遥感参数的恢复与自然条件、过火范围的大小、分布特征以及是否进行人工干预有关

　　过火范围由大到小分别是：大兴安岭林区林火、黄石公园林火、维多利亚州林火，且过火区也由集中到离散分布。大兴安岭因为受人工干预影响，高强度过火区植被遥感参数需10年恢复，黄石公园植被遥感参数恢复时间大于20年，由于2011年维多利亚地区降水充沛，且过火范围小，分布离散，过火区植被遥感参数约在2年后迅速恢复至未过火地区的93%，过火面积较小、低强度的森林火灾一定程度上对森林生态平衡起着积极的作用，是促进森林生态系统更新的重要因素之一。

 

　　（4）植被遥感参数恢复不代表植被结构的恢复

　　LAI、FAPAR指数对火灾较为敏感，即灾后迅速降低，随时间递增缓慢恢复，一定程度上响应了林火，展现了植被恢复过程；但由图可以看出，仅需要5-10年，大兴安岭过火区域植被遥感参数即可恢复，但参照图4.14、4.15可知，大兴安岭过火区植被类型在灾后20年生长比例达到稳定阶段。造成这种差异的原因是因为大兴安岭灾后植被类型有所变化，林火发生后，高火烧强度林地的草本植物、灌丛生长迅速，白桦林等次生林由于其幼苗的强抵抗力而大量生长，最终更替为落叶松。

 

　　由图可知，黄石公园高火烧强度林地LAI值需20年恢复至未过火地区水平，而FAPAR值恢复期大于20年，结合图可知，黄石公园用地类型比例在灾后20年并未达到稳定水平，说明植被恢复时间大于20年。这与高火烧强度林地灾后前期草本比例较大，灾后3-10年后优势树种开始生长的研究结果一致。