人为草原火发生的跨尺度驱动机制及其对全球气候变化响应研究

The objective of this projection is to study the mechanism of grassland fire occurrence under the background of global climatic change. The occurrence of grassland fire needs three basic components: fuel, weather and ignition. The methodologies of spatial analysis, spatial statistics and spatial clusters will be used to explore the new knowledge of grassland fire occurrences affected by the three basic components, including land use/land cover, weather factors, social-economic and human-behavior. Long-, middle- term climate indexes and the accessibility of human activities would be created. Integrating multi-source data can be used to dissolve these issues supported by spatial autocorrelation, spatial clusters, semi variance and parsimonious inhomogeneous Poisson point process. Then the model of grassland fire would be developed to reveal the fire occurrence mechanism. In order to study the response of grassland fire occurrence to climate change, the mainly driving factors and driving force will be researched. Using HadCM3 and CGCM3 model and at the scene of A2 and B1, the distribution patter of grassland fire occurrences will be projected. The rules and response of climate change of grassland fires should be discovered from now to 100 years later. These methods will provide a conceptual framework and technical route for the research of grassland fire occurrence and provide help for the research for climate, fire interface and ecosystem carbon cycle.

本项目拟在全球气候变化的背景下，以草原火发生为研究对象，从影响草原火发生的要素入手，探索其对草原火发生驱动作用的新知识。应用GIS空间统计、时空聚类等方法研究气候因素与可燃物动态和草原火发生的长程相关性，构建中、长期草原火气候指数；研究土地利用、人口、社会经济条件等人为活动因素的跨尺度（统计单元向局地尺度）转换方法及其对草原火发生的空间作用阈和空间可达性，并基于简约非均匀Poisson点过程构建草原火发生的跨尺度分析模型，揭示草原火发生的多源跨尺度驱动机制，通过在景观尺度和区域尺度的应用，解决草原火发生事件的复杂性及研究结果精度较低的问题。应用HadCM3和CGCM3气候预测数据，分别在A2和B1排放情景下预测草原火发生空间格局在未来20-100年间的演变规律及其对气候变化的响应特征，为草原火发生研究提供新的概念框架和技术路线，为完善全球气候变化—火干扰—生态系统碳循环的研究提供基础。

本项目在全球气候变化的背景下，以草原火发生为研究对象，从影响草原火发生的三要素入手，探索其在时间和空间尺度下对草原火发生的驱动作用。在中、长期尺度下，以月际气候数据与草原火发生数据为基准，探究当前以及滞后效应影响下二者之间的耦合关系，揭示了中、长时间尺度气候状况对草原火发生的驱动作用。以潜能模型为理论基础，估算人为火源的总体出发能力与摩擦系数，构建火源潜能模型，结合空间可达性和多层感知机模型，建立综合人为火源可达性指数模型，分析了人为活动因素在中观和微观尺度对草原火发生驱动力的空间分布格局。对比分析湿润地区、半湿润地区、半干旱地区和干旱地区草原火发生驱动因素的作用,发现不同地区影响草原火发生的气候因子的驱动作用存在差异，而同一气候因子在不同的气候区对草原火的影响作用也存在明显的差异。气温在相对寒冷的湿润地区，是草原火发生的主要制约因素，与草原火的发生概率呈正相关，而在半湿润以及半干旱与干旱地区相关性显著降低；降水在较为湿润的湿润地区及半湿润地区对草原火的发生起着负相关作用，而在半干旱与干旱地区则对草原火的发生起着正相关的作用。降水量多，也有利于植被的生长，在较为干旱植被覆盖度不高的半干旱与干旱地区，降水量与植被是草原火发生的主要制约因素；相对湿度在湿润地区对草原火的发生起着负相关的作用，而在半湿润地区以及半干旱与干旱地区则对草原火的发生起着正相关的作用。依据气候驱动要素的空间分异特征，在多个生态地理分区下，探讨了未来情景（RCP2.6、RCP6.0以及RCP8.5排放情景）的草原火发生的时空格局、区域差异及演化规律，为完善全球气候变化—火干扰—生态系统碳循环的研究提供理论基础，为未来的火管理决策提供科学依据。