基于多标准决策分析技术的草原和森林火灾风险研究：方法比较与驱动因素分析

《Environmental Modelling & Software》：Grassland and forest fire risk research based on multi-criteria decision analysis techniques: Method comparison and driver analysis

多准则决策分析模型在西北新疆草地与森林火灾风险评估中的应用研究。摘要：采用COPRAS、TOPSIS和VIKOR构建火灾风险评估模型，发现COPRAS最优。2000-2021年65.07%区域火灾风险上升，植被类型驱动机制存在显著空间异质性。研究揭示了气候、燃料载量及人为活动在不同植被中的非线性影响机制。

　　本文探讨了草原和森林火灾风险评估与驱动因素分析，旨在为提升现有火灾预防和控制模式提供科学依据。研究区域位于中国新疆西北部，这一地区以其丰富的生物多样性、强大的草原畜牧业承载能力和重要的自然生态保护区地位而著称。然而，由于其独特的地理位置、植被类型和气候条件，该地区在草原和森林火灾管理方面面临诸多挑战。随着全球气候变化和人类活动的增加，火灾的发生频率、范围和严重性呈现出上升趋势，这对当地的生态系统和人类社会构成了潜在威胁。因此，及时准确地评估草原和森林火灾风险，分析其时空动态变化，并探索不同植被类型中火灾风险变化的驱动机制，对于制定有效的预防和控制技术，保障草原和森林生态系统的可持续发展具有重要意义。

研究采用多准则决策分析（MCDA）方法构建了草原和森林火灾风险评估模型，对2000年至2021年间火灾风险的时空动态进行了分析，并探讨了不同植被类型中火灾风险变化的主要驱动因素。结果显示，COPRAS模型在模拟草原和森林火灾风险方面表现最优。从2000年到2021年，火灾风险增加的区域占比高达65.07%，显著高于风险减少的区域（34.93%）。这表明在研究期间，草原和森林火灾风险整体呈现上升趋势，尤其在某些特定植被类型中，风险变化更为明显。不同植被类型的火灾风险变化存在显著差异，其主要驱动因素也表现出明显的空间异质性。例如，在某些区域，燃料负荷可能是火灾风险变化的主要因素，而在另一些区域，气候条件或人类活动的影响更为突出。这些因素的复杂相互作用，使得火灾风险的评估和预测变得更加困难。

多准则决策分析方法在环境问题建模和自然灾害风险评估中被广泛应用，因其算法简洁、计算效率高、能够有效整合多种因素，并且适应性强，能够结合地方经验条件进行灵活调整。然而，不同MCDA模型在适用性、准确性和复杂性方面存在显著差异，因此选择最优模型对火灾风险进行准确评估仍然是一个具有挑战性的任务。研究中采用的COPRAS、TOPSIS和VIKOR三种模型在模拟草原和森林火灾风险方面表现出一定的相似性，但它们的模拟结果在局部区域仍存在差异。COPRAS模型的模拟结果显示出更高的火灾风险值，而VIKOR模型的模拟结果则相反。TOPSIS模型的模拟结果呈现出较为集中的分布模式，且不同风险等级区域的边界更加清晰。这表明，尽管三种模型在整体趋势上具有一致性，但在细节表现上仍存在差异，这可能与各模型对指标权重的处理方式有关。

研究还指出，不同植被类型的火灾风险变化对驱动因素的敏感性存在显著差异。例如，在某些类型的草原或森林中，人类活动可能是火灾风险变化的主导因素，而在其他类型的植被中，气候条件的影响更为显著。这种差异可能是由于不同植被类型在燃料负荷、植被结构、气候适应性等方面存在本质区别。此外，研究强调了在评估火灾风险时，需要综合考虑多种关键参数，如燃料负荷、气象条件和人类活动等因素。然而，过多的参数可能会导致模型复杂性增加，从而增加过拟合的风险。因此，有必要探索适用于不同植被类型的火灾风险变化的关键参数，以提高模型的准确性和适用性。

在实际应用中，火灾风险的评估不仅需要关注其整体趋势，还需要深入分析不同植被类型之间的差异。由于燃料负荷、气候条件和人类活动等因素在不同植被类型之间存在显著的年际差异，这使得火灾风险在不同年份之间表现出较大的波动性。这种波动性不仅影响火灾的发生频率，还可能对生态系统的稳定性产生深远影响。例如，极端火灾行为，如闷烧，可能对人类社会和基础设施造成巨大破坏，同时导致关键生态系统功能的丧失。因此，研究火灾风险的长期变化趋势以及其在不同植被类型中的响应机制，对于制定科学合理的火灾防控策略至关重要。

此外，研究还指出，揭示驱动因素与火灾风险之间的非线性关系，以及分析多个系统之间风险关联和耦合机制，是建立草原和森林火灾评估与预测体系的前提和关键。现有的研究大多关注于火灾风险的总体变化趋势，而较少关注不同植被类型之间的差异。这种研究的不足可能导致对火灾风险变化机制的理解不够全面，进而影响火灾防控措施的有效性。因此，有必要对不同植被类型中的火灾风险变化进行更深入的分析，以揭示其背后复杂的驱动因素。

研究中提到的Geodetector模型作为一种有效的分析工具，能够揭示多个因素之间的独立或协同作用机制，同时克服了传统方法依赖线性假设的局限性。该模型已被广泛应用于多个领域，如地表臭氧变化、草原生物量反演以及地质灾害风险评估等。然而，其在草原和森林火灾风险动态监测方面的应用尚未得到充分探索。因此，本研究尝试将Geodetector模型引入火灾风险评估领域，以更全面地理解不同植被类型中火灾风险变化的驱动机制。

研究的最终目标是构建一个适用于干旱地区草原和森林火灾风险评估的模型，并分析其从2000年到2021年的时空动态变化。通过这一研究，可以更准确地识别不同植被类型中火灾风险变化的主要驱动因素，为制定针对性的火灾防控措施提供科学依据。同时，该研究也为未来的火灾风险评估和预测工作提供了新的思路和方法，有助于提高草原和森林火灾管理的科学性和有效性。

在研究过程中，研究人员使用了多种数据来源，包括遥感数据、气象数据和数字高程模型（DEM）数据。MODIS数据被用于评估草原和森林的植被覆盖和火灾发生情况，而气象数据则提供了与火灾风险相关的气候条件信息。DEM数据则用于分析地形对火灾风险的影响。这些数据的综合应用，使得研究能够更全面地反映火灾风险的时空变化特征。此外，研究还借助了ArcMap 10.8软件进行空间分析和可视化，该软件由Environmental System Research Institute开发，具备强大的地理信息系统（GIS）功能，能够支持复杂的空间数据分析任务。

总体而言，本研究通过构建和比较多种火灾风险评估模型，揭示了草原和森林火灾风险的时空变化特征，并探讨了不同植被类型中火灾风险变化的主要驱动因素。研究结果表明，COPRAS模型在模拟火灾风险方面具有较高的准确性，而不同植被类型的火灾风险变化对驱动因素的敏感性存在显著差异。这提示我们在进行火灾风险评估时，应充分考虑不同植被类型的特性，以及其对驱动因素的响应机制。此外，研究还强调了在火灾风险评估中，需要平衡模型的复杂性和准确性，避免因过多参数而增加过拟合的风险。未来的研究可以进一步探索不同植被类型之间的火灾风险变化模式，以及如何优化模型参数以提高评估的精度和适用性。

本研究的成果不仅有助于提升新疆地区草原和森林火灾的管理能力，也为其他干旱地区的火灾风险评估提供了参考。通过分析火灾风险的长期变化趋势，可以更好地预测未来的火灾风险，从而为政府和相关机构制定科学合理的火灾防控政策提供依据。同时，研究还揭示了气候变化和人类活动对火灾风险的双重影响，这对于理解全球范围内火灾风险的变化机制具有重要意义。随着气候变化的加剧和人类活动的不断扩展，草原和森林火灾的风险可能进一步上升，因此，有必要加强对这些因素的监测和评估，以采取有效的预防和控制措施。

此外，研究还指出，当前关于草原和森林火灾风险变化的年际差异研究相对较少，这可能是因为传统的火灾风险评估方法更关注于空间分布和季节性变化，而忽视了时间维度上的波动性。然而，年际差异在火灾风险评估中同样重要，因为不同年份的气候条件、燃料负荷和人类活动水平可能对火灾风险产生不同的影响。因此，未来的研究应更加关注火灾风险的长期变化趋势，特别是在不同植被类型中的表现。这不仅可以帮助我们更全面地理解火灾风险的变化机制，还可以为制定长期的火灾防控策略提供科学支持。

研究中采用的多准则决策分析方法为火灾风险评估提供了一种系统化、科学化的工具，使得研究人员能够在复杂的环境中，综合考虑多种因素对火灾风险的影响。这种方法的应用不仅提高了火灾风险评估的准确性，还增强了模型的适应性和灵活性，使其能够更好地应对不同地区的特殊需求。然而，由于不同MCDA模型在适用性、准确性和复杂性方面存在差异，因此在实际应用中，需要根据研究区域的实际情况，选择最适合的模型进行评估。此外，模型的构建和优化也需要充分考虑数据的可用性和质量，以确保评估结果的可靠性和科学性。

在实际应用中，草原和森林火灾风险评估不仅需要关注模型的构建和优化，还需要考虑如何将评估结果有效地应用于火灾防控和管理实践。例如，通过分析不同植被类型中火灾风险变化的主要驱动因素，可以为不同区域的火灾防控措施提供针对性的建议。这可能包括加强特定区域的燃料管理、优化气象监测系统、提高公众的防火意识等。同时，研究还强调了在火灾风险评估中，需要结合实际情况，灵活调整模型参数，以确保评估结果能够真实反映区域内的火灾风险状况。

本研究的成果表明，草原和森林火灾风险的评估是一个复杂且多维的过程，需要综合考虑多种因素，并采用科学合理的模型进行分析。通过深入研究不同植被类型中火灾风险变化的驱动因素，可以为制定更加精准和有效的火灾防控措施提供理论支持。此外，研究还为未来的火灾风险评估工作提供了新的思路和方法，有助于推动相关领域的研究进展。随着遥感技术和地理信息系统的发展，未来的火灾风险评估将更加精确和高效，从而更好地服务于生态保护和灾害防控工作。

总之，本研究通过构建和比较多种火灾风险评估模型，揭示了草原和森林火灾风险的时空变化特征，并探讨了不同植被类型中火灾风险变化的主要驱动因素。研究结果不仅为新疆地区的草原和森林火灾管理提供了科学依据，也为其他干旱地区的火灾风险评估提供了参考。未来的研究可以进一步探索不同植被类型之间的火灾风险变化模式，以及如何优化模型参数以提高评估的精度和适用性。通过持续的研究和实践，我们可以更好地理解和应对草原和森林火灾的风险，从而保障生态系统的可持续发展。