干旱气象 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (2): 273-284.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2026-02-0273
收稿日期:2026-01-15
修回日期:2026-03-22
出版日期:2026-05-20
发布日期:2026-05-18
通讯作者:
李钢(1980—),男,博士,副教授,主要研究方向为计算计图像处理。E-mail: tx2090@126.com。作者简介:刘晓东(1981—),男,硕士,正高级工程师,主要从事气象灾害风险研究工作。E-mail: lxd8135@163.com。
基金资助:
LIU Xiaodong1(
), HUANG Xingang2, LI Gang2(
), WANG Guosheng3
Received:2026-01-15
Revised:2026-03-22
Online:2026-05-20
Published:2026-05-18
摘要:
为了深化对内蒙古大兴安岭林区雷击火地形影响机制的认识,明确扑火需求的关键驱动因素,基于内蒙古大兴安岭重点国有林区2015—2024年雷击火灾历史数据和高精度地形数据,分析雷击火点在高程、坡度、坡向及地形起伏度等多维地形因子上的空间分布特征,采用基于牛顿-拉夫逊优化器(Newton-Raphson-Based Optimizer,NRBO)优化的XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)算法结合SHAP(SHapley Additive exPlanations)方法进行扑火需求建模和分析,揭示过火面积及各地形因子对扑火人数影响的贡献度。结果表明:内蒙古大兴安岭林区雷击火点在高程上呈现“中低海拔集中、高/低海拔稀疏”的梯度特征,83.06%的雷击火灾发生在500~1 000 m的中低海拔区,雷击火点频次最高的区域集中在52.5°N—53.0°N、120.5°E—122.5°E,而过火面积的绝对高值区则出现在更偏南的纬度;雷击火点集中在5°~35°的中坡度区域,[2°,5°)坡度区间过火面积占比高达37.83%;70.97%的雷击火灾发生在[75,200)m的中等起伏地形区域;南坡、西南坡、东南坡等阳坡是雷击火的高风险区;过火面积是预测扑火人数的主导因素,其贡献度明显高于高程、起伏度、坡度和坡向等地形因子,模型预测误差分布呈现显著的“尖峰”形态,且峰值围绕在零误差线附近,模型的测试集预测R2值达0.723 9,且预测区间覆盖概率达84.7%。
中图分类号:
刘晓东, 黄薪钢, 李钢, 王国胜. 内蒙古大兴安岭地形对雷击火影响及基于NRBO-XGBoost的扑火因素预测[J]. 干旱气象, 2026, 44(2): 273-284.
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| 地形因子 | 分级 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 高程/m | [200,500) | [500,1 000) | [1 000,1 500) | [1 500,2 000) | |||
| 坡度/(°) | [0,0.5) | [0.5,2) | [2,5) | [5,15) | [15,35) | [35,55) | |
| 地形起伏度/m | [0,20) | [20,75) | [75,200) | [200,600) | |||
表1 大兴安岭重点国有林区地形因子的分级
Tab.1 Classification of topographic factors in key state-owned forest areas of the Greater Khingan Mountains
| 地形因子 | 分级 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 高程/m | [200,500) | [500,1 000) | [1 000,1 500) | [1 500,2 000) | |||
| 坡度/(°) | [0,0.5) | [0.5,2) | [2,5) | [5,15) | [15,35) | [35,55) | |
| 地形起伏度/m | [0,20) | [20,75) | [75,200) | [200,600) | |||
| 高程/m | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [200,500) | 13.80 | 2.69 | 4.02 |
| [500,1 000) | 68.73 | 83.06 | 76.34 |
| [1 000,1 500) | 17.32 | 14.25 | 19.64 |
| [1 500,2 000) | 0.15 | 0 | 0 |
表2 雷击火灾次数及过火面积在不同高程区间的占比 单位:%
Tab.2 The proportion of lightning-ignited fire occurrences and burned areas in different elevation intervals
| 高程/m | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [200,500) | 13.80 | 2.69 | 4.02 |
| [500,1 000) | 68.73 | 83.06 | 76.34 |
| [1 000,1 500) | 17.32 | 14.25 | 19.64 |
| [1 500,2 000) | 0.15 | 0 | 0 |
| 坡度/(°) | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [0,0.5) | 4.05 | 2.69 | 4.49 |
| [0.5,2.0) | 11.97 | 7.26 | 2.01 |
| [2.0,5.0) | 21.58 | 17.47 | 37.83 |
| [5.0,15.0) | 52.87 | 56.72 | 51.37 |
| [15.0,35.0) | 9.53 | 15.86 | 4.30 |
| [35.0,55.0) | 0 | 0 | 0 |
表3 雷击火灾次数及过火面积在不同坡度区间的占比 单位:%
Tab.3 The proportion of lightning-ignited fire occurrences and burned areas in different slope intervals
| 坡度/(°) | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [0,0.5) | 4.05 | 2.69 | 4.49 |
| [0.5,2.0) | 11.97 | 7.26 | 2.01 |
| [2.0,5.0) | 21.58 | 17.47 | 37.83 |
| [5.0,15.0) | 52.87 | 56.72 | 51.37 |
| [15.0,35.0) | 9.53 | 15.86 | 4.30 |
| [35.0,55.0) | 0 | 0 | 0 |
| 地形起伏度/m | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [0,20) | 7.96 | 5.65 | 2.14 |
| [20,75) | 30.45 | 19.62 | 38.48 |
| [75,200) | 59.41 | 70.97 | 47.67 |
| [200,600) | 2.18 | 3.76 | 11.71 |
表4 雷击火灾次数及过火面积在不同地形起伏度区间上的占比 单位:%
Tab.4 The proportion of lightning-ignited fire occurrences and burned areas across different topographic relief degree intervals
| 地形起伏度/m | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| [0,20) | 7.96 | 5.65 | 2.14 |
| [20,75) | 30.45 | 19.62 | 38.48 |
| [75,200) | 59.41 | 70.97 | 47.67 |
| [200,600) | 2.18 | 3.76 | 11.71 |
| 坡向 | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| 平地 | 0.59 | 0 | 0 |
| 北坡 | 11.37 | 5.65 | 16.20 |
| 东北坡 | 13.06 | 11.56 | 5.34 |
| 东坡 | 13.49 | 11.83 | 11.35 |
| 东南坡 | 12.50 | 15.59 | 11.53 |
| 南坡 | 11.78 | 16.67 | 4.81 |
| 西南坡 | 12.48 | 15.86 | 6.99 |
| 西坡 | 12.71 | 13.17 | 30.08 |
| 西北坡 | 12.03 | 9.68 | 13.69 |
表5 雷击火灾次数及过火面积在不同坡向上的占比 单位:%
Tab.5 The proportion of the number of lightning-ignited fires and burned area on different slope aspects
| 坡向 | 面积占比 | 雷击火灾次数占比 | 过火面积占比 |
|---|---|---|---|
| 平地 | 0.59 | 0 | 0 |
| 北坡 | 11.37 | 5.65 | 16.20 |
| 东北坡 | 13.06 | 11.56 | 5.34 |
| 东坡 | 13.49 | 11.83 | 11.35 |
| 东南坡 | 12.50 | 15.59 | 11.53 |
| 南坡 | 11.78 | 16.67 | 4.81 |
| 西南坡 | 12.48 | 15.86 | 6.99 |
| 西坡 | 12.71 | 13.17 | 30.08 |
| 西北坡 | 12.03 | 9.68 | 13.69 |
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