李童瑶，陈 馨，邓 晶，陈 康，孙伟豪，郑 莹

(北京林业大学经济管理学院，北京 100083)

基于聚类分析的福建省森林火灾风险区划

李童瑶，陈 馨，邓 晶，陈 康，孙伟豪，郑 莹

(北京林业大学经济管理学院，北京 100083)

分析福建省森林火灾风险的影响因素，选取并量化森林火险区划指标，建立火险指标体系；基于福建省9个地级市1999—2013年的林火数据、气象数据、人文数据和环境数据，采用聚类分析法，对福建省各地级市进行火险区划，得到5类风险区。根据统计结果对各风险区进行排序，并绘制福建省森林火险区划图，从森林损失情况、气候条件、地理环境、政府重视程度等多角度剖析不同火险等级的原因。据此在立法、防火、灭火、保费厘定等方面提出预防对策和建议。

森林火灾；指标体系；聚类分析；火险区划

森林是陆地生态系统的主体，在生态、经济、社会等方面发挥着越来越重要的作用。但森林火灾的频繁发生给我国森林资源带来巨大威胁，国家林业局防火办统计2012 年火场总面积达43171.168 hm2，受害森林面积为13947.995 hm2，破坏了生态环境，造成大量人员伤亡和经济损失[1]。森林火灾由于受到气候条件、人为活动、环境因素、管护措施等多方面的共同影响[2-3]，不同地区受到的森林火灾损失呈现出显著的区域性差异，为更好地防范森林火灾的发生，有效利用资源，对不同地区采取不同的防范措施，进行森林火险区划是非常有必要的。本文选取福建省为研究对象，对其各地级市的森林火险进行区划，以期为我国其他省份带来借鉴意义。

国外发达国家的森林火险区划研究开展较早，发展已经非常成熟。美国、澳大利亚、加拿大等国家已经通过对多种气象指标的分析，划分了森林火险等级[4-6]。Jaiswal等[7]通过卫星数据，利用地理信息系统对印度马得亚邦地区进行森林火灾危险区的划分。Chuvieco等[8]利用遥感和地理信息系统的理论与方法进行森林火险区划。我国森林火险区划开展相对较晚，虽然不少学者的研究使我国森林火险区划取得很大进展，但国内的研究不太成熟，仍有很多缺陷。谭三清[9]以广州市为例，用聚类分析法对火险区划因子数据进行分类，划分不同的火险区。王华丽[10]采用因子和聚类分析相结合的方法，对我国以省为单位的森林火灾风险等级进行划分。郭怀文等[2]仅选取4 个因子，运用聚类分析法对三明市11个区县的林火情况进行区划。通过对国内森林火险区划文献的研究不难发现，我国的森林火险区划存在以下缺陷：在选取影响火险的指标上，只考虑部分因素，忽略森林火险的复杂性，没有建立全面的指标体系，导致区划结果的片面性；在区划范围上，大多学者选取的是以全国或1个市为区划对象，以全国为范围，各省为单位的区划很有可能在一个区划等级内出现较大差异，风险不同质；而以市为范围，县为单位进行的区划忽略了整体性，研究范围太小，既不利于风险的分散，又在实际运用中缺乏区划的必要性和实用意义。

本文在总结前人研究的基础上进行改进。在区划范围方面，以福建省各地级市为区划单位，既考虑到福建省不同地级市之间森林火险的差异，又避免了区划到县一级的繁琐和不实用性。在选取区划因子方面，综合前人提到的各项指标，从森林损失指标、气象指标、人文指标等多方面考虑森林火险，共提取18个火险区划因子，建立一套完整的森林火险评估指标体系，全面反映福建省火险等级情况。

1 研究区概况

福建省位于我国东南沿海，东经116°06′—120°12′、北纬23°43′—27°55′。地势总体上西北高东南低，境内峰岭耸峙，山地、丘陵占全省总面积的80%以上，这给扑火灭火工作带来重重阻碍。省内气候差异较大，闽东南沿海地区属南亚热带气候，闽东北、闽北和闽西属中亚热带气候，各地不同的气候给森林火灾带来不同程度的影响，在火险区划上起着关键作用。福建省自然条件优越，森林资源丰富，森林覆盖率达63.1%，居全国第一。全省林业用地面积913 万hm2，占土地总面积的75.3%，有林地面积达767 万hm2，以杉木、马尾松、竹类等易燃树种为主要树种。所以，对福建省进行森林火险区划是当前非常紧迫的任务。

由于森林火灾的突发性强，危害性大，林火一旦发生，就会造成严重损失。国家林业局防火办统计，过去15 a间，福建省共发生6260 起森林火灾，火场总面积达128722.5 hm2，烧毁成林蓄积量2013526.3 m3，幼林损失25976 万株，出动车辆110656 台，人员伤亡高达110 人，造成的经济损失、气象灾害、地质灾害等无法估算，对国家的生态资源安全和人民的生命财产安全造成严重威胁。因此，以福建省各地级市为单位进行森林火险区划，具有典型性和参考性，可为我国的森林火险区划研究提供良好的数据支持。

2 研究方法

2.1 指标选取

本文选取指标的原则是：在一定的假设条件下，能够敏感地反映出诱发森林火灾的发生或加大林火的蔓延，能够准确地反映出森林损失情况，并且这些指标可以量化[2]。基于这样的原则，参考国内外文献，分析前人研究时选取指标的片面性，在其基础上综合各项指标，建立一套较完整的森林火险指标体系，包括：火灾损失指标、气象指标、人文指标和环境指标。火灾损失指标包括：森林火灾次数、火场总面积、受害森林面积、森林火警、一般火警、重大火灾、扑火经费、其他直接经济损失、扑火人工；气象指标包含：降水量、平均气温、相对湿度、风速、日照时间；人文指标包含：经济状况(人均GDP)、路网密度、人口密度；环境指标指森林面积。

2.2 数据来源及处理

森林损失数据是由国家林业局防火办提供的1999—2013年的年度数据；气温、相对湿度等5类气象数据由国家气象信息中心资料服务室提供；人口密度是依据福建省计生办提供的人口数量通过简单的计算(人口数/总面积)得到；经济状况指人均GDP，根据《福建统计年鉴》中的有关数据作为该指标的值；路网密度由中国经济与社会发展统计数据库里的相关数据通过简单计算(道路总长度/区域总面积)可得；森林面积通过查阅各地级市的统计年鉴得到。

为方便模型的建立，需对数据进一步处理。本研究最初获得的是面板数据，但传统聚类无法对面板数据直接处理，所以本文采取“退化”处理将面板数据转化为截面数据[11]，对各地区各指标的每年数据求均值得到可聚类的数据。

2.3 森林火灾区划模型建立

聚类分析法是一种建立分类的多元统计分析方法，它能够将一批样本(或变量)数据根据其诸多特征，按照性质上的亲疏程度在没有先验知识的情况下进行自动分类，产生多个分类结果。

由于影响森林火险各个因子的量纲不同，数据大小相差也较大，所以在进行分类前要先进行标准化处理。本文数据标准化到Z分数，首先每列数据减去均值，然后除以标准差。即：

(1)

经过变换处理后，每列数据的平均值为0，方差为1。再采用欧式距离进行计算，即：

(2)

式中：EUCLID(x，y)为样本之间的距离；k为指标个数；i为指标次序；x、y为样本，xi是个体x的第i个变量的变量值，yi是个体y的第i个变量的变量值。

根据样本之间的距离，依次将距离最小的样本合并为一类，逐步连接出聚类分析图。

3 结果与分析

图1 森林火险因子数据聚类分析树状图

3.1 聚类区划结果

图2 聚类系数随分类数变化曲线

将已获得的福建省各地级市1999—2013年的18个因子数据采用均值法进行退化处理，得到原始聚类数据。利用标准化公式(1)对所有样本数据进行标准化处理，再利用公式(2)得到欧式距离。整个过程可用SPSS软件进行分析求解，得出聚类树状图(图1)。

聚合系数随分类数变换曲线见图2。从图2可以看出，当分类数为5以后时，曲线变得平缓，聚类效果好，因此将分类结果划分为5 类。按照5 类划分方法，在树状图大约10的位置向下切割。切割线每相交1条树状线即分为一类。最终分类结果为：一类(南平、三明、宁德、福州)；二类(漳州、莆田)；三类(龙岩)；四类(泉州)；五类(厦门)。

3.2 区划结果风险排序及原因分析

根据福建省各地级市的实际情况，对上述的聚类结果进行等级划分。

Ⅰ级火险区为厦门市。厦门市市区面积较小，森林覆盖率只有42.8%，远不及全省平均森林覆盖率。厦门市发生森林火灾仅4.6次·a-1，平均每次火灾的火场面积为13.12 hm2，居全省最低。调查发现，厦门市较低的森林火灾发生率主要得益于当地政府对森林火灾的高度重视，强化防范措施。一是厦门市政府在火灾易发生期间及时下达禁火令，加强巡查和隐患排查，防患于未然。二是积极做好应急准备，增加灭火装备，加强扑火队伍的培训和演练，缩短救火时间；三是深入宣传教育，利用厦门电视台多个栏目及广播电台、短信平台宣传《禁火令》，并纸质印刷张贴，提高公众的防火意识。这一系列的防火灭火措施大大降低了厦门市的林火发生率，因此将厦门市归入一级火险区。

Ⅱ级火险区为莆田市和漳州市。该防火区的年平均林火发生次数为15～29次，年平均火场总面积为300～600 km2，明显低于全省平均水平。该区林火形势并不严峻，主要得益于其得天独厚的自然条件，整个福建省的地势为西北高、东南低，该区位于福建省东南部，相对而言地势平坦，为消防人员赶赴火场争取时间。这里生态环境良好，降水量相对较高，风速小，林火发生后，可以有效地抑制林火的蔓延。因此将该区划分为Ⅱ级火险区。

Ⅲ级火险区为泉州市。从数据上看，泉州市年平均森林火灾发生次数为47 次，年平均火场总面积为610.14 km2，均居全省平均水平。该市自然条件良好，位于福建省东南沿海，地形相对平坦，给救火带来了方便。1999—2013年间，福建省森林火警大约有50 起·a-1，其中大约10 起发生在泉州。泉州市较高的森林火警发生率之所以没有发展到高重大火灾发生率，主要是因为当地政府部门对森林火灾的发生反映迅速，第一时间赶赴现场救火，将损失降到最低。因此将泉州市列为Ⅲ级火险区。

Ⅳ级火险区包括南平、三明、宁德和福州市。这几个市的森林资源非常丰富，森林面积总和达到了全省森林面积的60%。年平均森林火灾发生次数为45～66次，年平均火场总面积在895.4～1512.19 km2，除龙岩市外，均处于全省第一。该防火区所含的4个地级市相邻，均处于福建省的北部，山地较多，给施救人员带来重重阻碍，森林损失较为严重。因此，将这几个地区划分为Ⅳ级火险区。

Ⅴ级火险区为龙岩市，火险情况最为严重。龙岩市森林资源丰富，森林覆盖率达78.6%，居全省第一。该市面临的火灾形势严峻，防火任务较重。从森林损失上看，龙岩市发生的重大火灾次数明显较高，全省年平均重大火灾大约有8起，其中龙岩市就有5起。龙岩市的平均单位面积发生林火次数和平均单次火灾受害森林面积居全省第一，说明龙岩市火源管控难度大，林火易发，扑救效率低。从自然条件上看，龙岩市降水明显不均，从每年10月—次年3月降水量仅占年降水量的26%，空气中水汽较少，林土湿度较低，枯枝落叶增多，森林的易燃性更大，森林火险明显加大。因此将龙岩市划分为Ⅴ级火险区。

3.3 绘制森林火险区划图

图3 福建省森林火险区划图

根据区划结果，绘制福建省森林火险区划图(图3)。从图3可以看出，我国森林火灾的风险区划具有一定的地域完整性，所划分的区域具有连片的特点，符合风险区划的既定要求。且明显看出Ⅳ级、Ⅴ级火险区分布在福建省西部、北部，火险大，与福建省西、北部火灾损失严重相符。其中：Ⅰ级火险区面积为1699.39 km2，约占总面积的1.38%；Ⅱ级火险区面积为16726 km2，约占总面积的13.59%；Ⅲ级火险区面积为11015 km2，约占总面积的8.95%；Ⅳ级火线区面积为74620 km2，约占总面积的60.62%；Ⅴ级火险区面积为19027 km2，约占总面积的15.46%。

4 结论与建议

4.1 结论

本文综合了前人森林火险区划的火险因子，共选取18个因子：森林火灾次数、森林面积、火场总面积、受害森林面积、森林火警、一般火警、重大火灾、扑火经费、其他费用、扑火人工、降水量、平均气温、平均湿度、平均风速、日照时间、经济指标、路网密度、人口密度，构建森林火险指标体系，全面反映影响森林火灾的因素，使森林火险区划结果更趋于实际。

本文运用聚类分析法，根据所建立的森林火险指标体系，对福建省各地级市的森林火险进行区划，并根据实际情况进行等级划分。具体划分结果为：Ⅰ级火险区为厦门市；Ⅱ级火险区为莆田市和漳州市；Ⅲ级火险区为泉州市；Ⅳ级火险区包括南平、三明、宁德和福州市；Ⅴ级火险区为龙岩市。

4.2 建议

1)对于Ⅰ级火险区厦门市，应采取的防火策略是“严格控制人为火源”。虽然该区林火发生率较低，但防火工作仍不能松懈，应把主要工作放在加强林火防范，控制人工用火上。厦门市经济发达，人口众多，极易因为人类活动造成森林火灾。研究表明，目前人为火源是森林火灾的主要诱导因素，有98%的森林火灾都是人为造成的[12-13]。所以，对于厦门市来说，加强人为火源的管理是防范森林火灾的核心任务。对于Ⅱ级火险区，从数据上看，该区的自然条件相对良好，但一般火警所占的比例较高，可见该区对于林火发生的应急处置不及时，导致了火势的蔓延。所以，该区的主要工作是健全预警响应机制和应急处置能力，加强灭火演练，更新灭火设备，及时把火扑灭。另外，要及时对林地进行间伐，防治易燃物堆积，种植一些耐火树种，防止火势蔓延。对于Ⅲ级火险区泉州市的防火策略是“预防为主，积极消灭”，尽可能把火灾消灭在萌芽阶段。该市的森林火警发生次数过高，有极大的安全隐患。所以，泉州市应以预防为主，增加林区巡逻人员，严禁无证用火，加大违法用火打击力度。Ⅳ级火险区，森林面积大，地势复杂，林火扑救困难。当地政府应提高对林火的重视，用各种方式宣传森林防火知识和法律知识，加大对森林防火的投资，在林火高危区拓宽马路，建立林火看守站点。在林火高发期，要加大排查力度，防治一切火源被带入山林。对于Ⅴ级火险区龙岩市，火险形势最为严峻。龙岩市政府应动员全市市民积极防火灭火，细化各部门的工作，从立法、防火、灭火、事后处理4个环节控制火灾造成的损失，尽量做到“灭早灭小灭了”。

2)森林火险区划是保费率厘定的基础。我国森林火灾保险发展缓慢，其中非常重要的原因是我国森林火灾保险绝大部分以1个省为单位统一费率，但我国省内各地级市间的森林火险等级差异显著，统一费率使得风险较小地区的林农不愿投保，而风险较大地区的林农则趋于投保，容易造成道德风险，保险公司不愿承保。本文中，以地级市为单位进行的森林火险区划考虑到福建省境内环境的复杂性，不同森林火险等级制定不同的保费。厘定合理的保费既能有效地转移林农的风险，提高林农投保的意愿，又能避免道德风险，提高保险公司承保的积极性。所以在风险区划的基础上厘定区域化保费是十分有必要的。只有通过森林火险区划研究，才能使森林保险的价格厘定有科学依据，才能为森林保险的长远发展奠定基础。

3)目前关于森林火险区划的研究大多是以全国或地级市为区划范围来进行的，本文以省为区划范围，以福建省为例，对其地级市进行火险区划，为福建省的防火人力、防火设备和防火物资在各地级市间的合理配置提供参考，并针对各地级市间的不同情况提出了防火建议。同时，福建省林火区划具有一定的广泛性和参考性，对我国其他省份的森林火险区划具有借鉴意义。

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Zoning of Forest Fire Risk Grade of Fujian Province Based on Hierachical Clustering Analysis

LI Tong-yao，CHEN Xin，DENG Jing，CHEN Kang，SUN Wei-hao，ZHENG Ying

(EconomyandManagement，BeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

Take Fujian Province as an example，analyse the forest fire risk factors，select and quantize forest fire danger zoning indicators，and establish fire danger index system.Based on the forest fire data，weather data，humanity data and environment data from 1999—2013 in 9 cities of Fujina Province，classify the forest fire danger zones in these 9 cities into five classes.According to the statistical result，sort these danger zones and draw a classification map of five danger areas，then analyse the causes of different fire risk grades in forest loss，climate and geographical condition，the attention of government and so on.Accordingly put forward some prevention strategies and advice in the aspect of legislating，fireproofing，putting out fire and pricing the premium.

forest fire；index system；cluster analysis；fire risk zoning

2014-12-24；

2015-01-25

教育部人文社会科学研究青年基金项目(14YJC790022)；中央高校基本科研业务费专项资金(JGTD2014-02)

李童瑶(1994—)，女，山东菏泽人，北京林业大学经济管理学院在读本科生，从事林业金融理论研究。E-mail：18811581595@163.com。

陈馨(1993—)，女，北京人，北京林业大学经济管理学院在读本科生，从事林业金融理论研究。E-mail：chenx1207@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.04.032

S762.3+1

A

1002-7351(2015)04-0148-05