基于Landsat 8 评估中国南方亚热带森林火烧烈度空间格局及其驱动因素

研究背景
    林火烈度是指火灾对森林生态系统的影响或破坏程度，直接影响各种生态过程。定量评价林火烈度，有助于揭示林火干扰后森林生态系统各种生态过程的发展变化和森林景观格局的形成机制。然而，由于中国亚热带地区森林火灾特征不同于北方森林，用光谱指数评估火烧烈度存在诸多不确定性。中国亚热带地区森林火灾以人为火为主，树种单一，火烧面积小，边界复杂。虽然之前的研究利用光谱指数评估北方森林林火烈度，但在众多光谱指数中，哪些光谱指数适合评估中国亚热带地区林火烈度尚不明确。因此，有必要针对研究区的林火特征，深入探讨评估林火烈度最佳遥感指标的选择。本研究将林火烈度野外调查数据和遥感数据相结合，评估和比较不同光谱指数评估林火烈度的能力，并绘制和阐明中国亚热带森林火烧烈度的空间格局和驱动因素。即1)建立Landsat8 OLI光谱指数与野外调查数据的回归模型，通过对比选择出最优光谱指数以评估林火烈度；2)基于选定的最佳光谱指数，利用随机森林模型分析研究区火烧烈度的空间格局和驱动因素。

研究方法
    研究区位于赣南地区（图1）。我们选择了2020年发生在研究区的10场森林火灾，在火烧迹地选取420个样地，样地大小为30米×30米。不同烈度的火烧斑块、坡度、坡向、海拔范围内均有样地分布。

图1 研究区域及火场分布图

研究结果
   通过建立野外采样数据和遥感数据之间的回归关系，结果显示二次和三次多项式模型结果优于其他模型，dNBR、RdNBR、RBR三个光谱指数在评估火烧烈度方面均表现较好。混淆矩阵精度验证结果表明dNBR 指数是评估中国亚热带地区林火烈度的最优指数（总体分类精度= 0.58；kappa=0.44）。
    空间格局和影响因素：赣南地区林火烈度以中低烈度为主，占火烧区域总面积约74%。对火烧烈度空间格局最重要的影响因素是火前NDVI，其次是距离最近道路的距离、海拔、坡度、距离最近居民点的距离、坡位和坡向（图2）。高烈度火烧斑块主要分布在上坡、阳坡和高海拔地区（图3）。

图2 影响因子相对重要性排序

图3 各影响因子与火烧烈度之间的边际效应图

结论与展望
    本研究主要目标是评估中国亚热带地区林火烈度并阐明其空间格局和驱动因素。我们通过构建实地调查数据和遥感数据之间的回归模型来筛选最优指数，从而准确评估林火烈度。经过对比发现，13个光谱指数中dNBR最适合在研究区评估林火烈度；研究区以轻度和中度林火烈度为主；火前NDVI是林火烈度空间格局最重要的影响因素。
    其他遥感影像（如哨兵）等也在林火烈度评估方面有应用。今后考虑将多种影像评估效果进行比较，选择更为适合中国亚热带地区的遥感影像数据源和相应的遥感光谱指数。也可以借助气象卫星，结合野外调查，开展广域尺度上林火烈度及火烧迹地恢复研究，深入研究地形、气象、植被类型、可燃物含水率及其相互作用对火烧烈度空间异质性的影响等。

文章作者：郭灵灵，李顺^*，吴志伟^*，Russell A. Parsons，林世滔，吴波，孙龙

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DOI：https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120515