عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی مؤثر بر الگوی مکانی آتش‌سوزی در جنگل‌های تالش با استفاده از مدل‌های آماری FR و WOE

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی علوم زیستی جنگل، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران.

2 دانشیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه گیلان

3 دانشجوی کارشناسی ارشد علوم زیستی جنگل ،دانشگاه گیلان

چکیده

مقدمه و هدف: آتش‌سوزی در جنگل‌ها از مهم‌ترین پدیده‌های طبیعی ـ انسانی به‌شمار می‌رود که آثار زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی گسترده‌ای بر جای می‌گذارد. این پدیده در دهه‌های اخیر تحت‌تأثیر تغییرات اقلیمی، افزایش دما، کاهش رطوبت، تغییر کاربری اراضی و فعالیت‌های انسانی روندی فزاینده یافته است. مناطق جنگلی شمال ایران، به‌ویژه جنگل‌های تالش، به‌عنوان بخش مهمی از جنگل‌های هیرکانی، با وجود شرایط اقلیمی مرطوب، به‌دلیل فشارهای انسانی و تغییرات جوی، با خطر روزافزون آتش‌سوزی مواجه هستند. این جنگل‌ها به‌دلیل توپوگرافی متنوع، شیب‌های مختلف، ارتفاعات متغیر و تفاوت‌های دمایی، نمونه‌ای مناسب برای مطالعه اثر عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی بر الگوی مکانی آتش‌سوزی محسوب می‌شوند. هدف پژوهش حاضر، شناسایی و تحلیل عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی مؤثر بر وقوع و توزیع مکانی آتش‌سوزی در جنگل‌های تالش و ارائه چارچوبی مکانی ـ آماری برای مدیریت پیشگیرانه این پدیده است. به این منظور، از مدل‌های آماری نسبت فراوانی (FR) و وزن شاهد (WOE) در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) استفاده شده تا نقش متغیرهایی نظیر شیب، جهت دامنه، ارتفاع، دما و بارندگی در شکل‌دهی به الگوی آتش بررسی گردد.

روش‌شناسی: در این پژوهش، محدوده‌ی مورد مطالعه در شهرستان تالش واقع در استان گیلان انتخاب شد؛ منطقه‌ای کوهستانی با اقلیم مرطوب تا نیمه‌مرطوب که بین عرض‌های ۳۷°۸۰′ شمالی و طول‌های ۴۸°۹۰′ شرقی قرار دارد. ابتدا داده‌های مکانی شامل مدل ارتفاع رقومی (DEM)، لایه‌های شیب و جهت دامنه، داده‌های پوشش گیاهی (NDVI) از تصاویر Landsat، و اطلاعات شبکه جاده‌ها، رودخانه‌ها و سکونتگاه‌ها گردآوری شد. داده‌های اقلیمی از ایستگاه‌های هواشناسی محلی و پایگاه جهانی WorldClim شامل بارش، دما و سرعت باد استخراج گردید. تمامی داده‌ها به سیستم مختصات UTM و رزولوشن مکانی ۳۰ متر بازنمونه‌گیری شدند تا هم‌ترازی کامل در تحلیل‌های فضایی حاصل شود. متغیرهای فیزیوگرافی و اقلیمی براساس ویژگی‌های اکولوژیکی منطقه و روش آماری Natural Breaks (Jenks) به طبقات معنادار تقسیم شدند. سپس با استفاده از مدل نسبت فراوانی (FR)، سهم هر طبقه از وقوع آتش نسبت به مساحت آن محاسبه گردید. مقادیر FR بزرگ‌تر از ۱ به‌منزله‌ی اثر مثبت و مقادیر کمتر از ۱ به‌معنای اثر منفی تلقی شد. مدل وزن شاهد (WOE) نیز با استفاده از روابط لگاریتمی بین احتمال وقوع آتش در هر طبقه نسبت به کل منطقه محاسبه شد؛ مقادیر مثبت نشان‌دهنده‌ی همبستگی مثبت و مقادیر منفی بیانگر اثر بازدارنده بودند. برای جلوگیری از خطای نمونه‌های کوچک، اصلاح آماری ε = 10⁻⁶ در محاسبات لحاظ گردید. در ادامه، نتایج FR و WOE برای متغیرهای شیب، ارتفاع، جهت دامنه، دما، بارندگی و سرعت باد استخراج و تفسیر شدند. به‌منظور ارزیابی دقت مدل‌ها، ماتریس همبستگی و شاخص تورم واریانس (VIF) برای حذف متغیرهای هم‌خط محاسبه گردید. در نهایت، نقشه‌های حساسیت آتش‌سوزی با ادغام وزن‌های به‌دست‌آمده در GIS تولید و نواحی پرخطر شناسایی شدند.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که الگوی وقوع آتش‌سوزی در جنگل‌های تالش تابعی از تعامل پیچیده بین عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی است. شیب زمین مهم‌ترین عامل مؤثر شناخته شد؛ به‌طوری‌که بیشترین وقوع آتش در شیب‌های متوسط تا زیاد (۸ تا ۲۰ درجه) ثبت گردید. این دامنه‌های شیب به‌دلیل تهویه طبیعی بهتر، تجمع سوخت و دشواری اطفای حریق، بیشترین خطر را دارند. در مقابل، اراضی با شیب کمتر از ۵ درجه و بیش از ۲۵ درجه دارای FR کمتر از ۱ بودند و نقش بازدارنده‌ای نشان دادند .از نظر ارتفاع، بیشترین فراوانی آتش در بازه‌ی ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ متر از سطح دریا مشاهده شد. این ارتفاعات با پوشش متراکم جنگل‌های هیرکانی، دمای معتدل و تراکم سوخت بالا، مستعدترین مناطق برای بروز آتش محسوب می‌شوند. ارتفاعات پایین‌تر(<۵۰۰ متر) به‌دلیل تغییر کاربری و ارتفاعات بالاتر(>۲۰۰۰ متر) به‌دلیل رطوبت بالا، خطر کمتری داشتند. در بررسی دما، طبقات ۱۵ تا ۲۱ درجه سانتی‌گراد بیشترین همبستگی با وقوع آتش داشتند. این محدوده، «پنجره اقلیمی آتش» را شکل می‌دهد که در آن سوخت‌های سطحی خشک اما هنوز قابل احتراق هستند. دماهای پایین‌تر (کمتر از15) یا بسیار بالا) بیشتر از21) به‌ترتیب به‌دلیل رطوبت زیاد یا کمبود سوخت زنده، خطر کمتری دارند. عامل بارندگی نیز اثر دوگانه‌ای نشان داد؛ به‌گونه‌ای که بیشترین خطر آتش در بازه‌ی بارندگی ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ میلی‌متر مشاهده شد (FR>1 و WOE مثبت). در این محدوده، رطوبت کافی برای رشد گیاهان فراهم است، اما در فصول خشک، این پوشش متراکم تبدیل به سوخت آماده‌ی احتراق می‌شود. مناطق کم‌بارش‌تر (<۸۰۰ میلی‌متر) و پرباران‌تر (>۱۲۰۰ میلی‌متر) به‌ترتیب به‌دلیل کمبود سوخت یا رطوبت بالا، خطر پایین‌تری داشتند. در تحلیل سرعت باد، بازه‌ی ۸/۵ تا ۱۷ متر بر ثانیه بیشترین تأثیر را در گسترش آتش داشت. سرعت‌های پایین موجب محدود شدن گسترش شعله‌ها و سرعت‌های خیلی زیاد (>۲۶ متر بر ثانیه) باعث ناپایداری شعله و خاموشی موضعی می‌شدند. در نهایت، نقشه‌های مکانی نشان دادند که دامنه‌های جنوبی و جنوب‌غربی تالش، به‌ویژه در ارتفاعات میانی و شیب‌های متوسط تا زیاد، بالاترین تراکم آتش‌سوزی را دارند. این نواحی به‌عنوان پهنه‌های بحرانی خطر آتش‌سوزی شناسایی شدند. مدل‌های FR و WOE با هم‌پوشانی بالا نتایج مشابهی ارائه دادند و اعتبار متقابل یکدیگر را تأیید کردند.

نتیجه‌گیری: بررسی مکانی آتش‌سوزی‌ها در جنگل‌های تالش نشان داد که این پدیده صرفاً تابع عوامل تصادفی نیست، بلکه حاصل برهم‌کنش پیچیده‌ی عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی است. شیب‌های متوسط تا زیاد، ارتفاعات میان‌بند، دماهای معتدل و بارندگی متوسط، بیشترین خطر را دارند و در مجموع چارچوب اکولوژیکی وقوع آتش را در منطقه شکل می‌دهند. نتایج حاصل از مدل‌های FR و WOE حاکی از دقت بالای روش‌های آماری در تحلیل مکانی خطر آتش و شناسایی مناطق پرریسک است. از منظر مدیریتی، شناسایی پهنه‌های پرخطر می‌تواند مبنای طراحی نقشه‌های حساسیت آتش‌سوزی و اولویت‌بندی اقدامات حفاظتی قرار گیرد. پیشنهاد می‌شود در این مناطق، اقدامات پیشگیرانه نظیر پایش مستمر با داده‌های سنجش‌ازدور، آموزش جوامع محلی، ایجاد کمربندهای حفاظتی و توسعه سامانه‌های هشدار سریع اقلیمی اجرا شود. همچنین، تلفیق مدل‌های FR و WOE با الگوریتم‌های یادگیری ماشین (نظیر Random Forest و XGBoost) می‌تواند در آینده، دقت پیش‌بینی‌ها را افزایش دهد. در مجموع، پژوهش حاضر نه‌تنها تصویری دقیق از رفتار مکانی آتش در جنگل‌های تالش ارائه می‌دهد، بلکه به‌عنوان الگویی بومی برای مدیریت خطر آتش‌سوزی در جنگل‌های شمال ایران قابل تعمیم است. نتایج آن اهمیت مدیریت اکولوژیکی مبتنی بر داده‌های مکانی را برجسته کرده و راهنمایی مؤثر برای تصمیم‌گیری در سطح سیاست‌گذاری منابع طبیعی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Physiographic and Climatic Factors Affecting the Spatial Pattern of Wildfires in Talesh Forests Using FR and WOE Statistical Models

نویسندگان [English]

  • Mahsa Gheisari 1
  • Ali Salehi 2
  • Joneyd Jolani 3
1 PhD Student in Forest Biological Sciences, University of Ilam, Ilam, Iran.
2 Associate Professor, Faculty of Natural Resources, University of Guilan
3 Master&#039;s student in Forest Biological Sciences, University of Guilan
چکیده [English]

Background and Objectives: Forest fire is one of the most significant natural–human phenomena that imposes wide-ranging environmental, economic, and social impacts. Over recent decades, the frequency and intensity of wildfires have increased due to climate change, rising temperatures, declining humidity, land-use changes, and expanding human activities. The northern forests of Iran, particularly the Talesh forests as part of the Hyrcanian ecosystem, despite their humid climatic conditions, are increasingly exposed to fire risks as a result of climatic fluctuations and anthropogenic pressures. Owing to their diverse topography, variable slopes, altitudinal gradients, and microclimatic variations, these forests represent an ideal setting to investigate the influence of physiographic and climatic factors on the spatial pattern of fire occurrence. Therefore, the present study aimed to identify and analyze the physiographic and climatic variables affecting the occurrence and spatial distribution of forest fires in the Talesh region and to develop a spatial–statistical framework to support preventive fire management. To achieve this, Frequency Ratio (FR) and Weights of Evidence (WOE) models were employed in a Geographic Information System (GIS) environment to assess the role of slope, aspect, elevation, temperature, and precipitation in shaping the spatial dynamics of wildfires.

Methodology:The study area is located in Talesh County, Gilan Province, within a mountainous landscape characterized by a humid to semi-humid climate, between latitudes 37°80′N and longitudes 48°90′E. Spatial datasets, including the Digital Elevation Model (DEM), slope and aspect layers, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) derived from Landsat imagery, and vector data of roads, rivers, and settlements, were collected and processed. Climatic parameters such as annual precipitation, temperature, and wind speed were obtained from local meteorological stations and the WorldClim global database. All datasets were converted to the same coordinate system (UTM) and resampled to a 30-meter spatial resolution for accurate spatial analysis. Physiographic and climatic variables were classified into meaningful categories using the Natural Breaks (Jenks) method. The FR model was applied to calculate the ratio between the percentage of fire occurrences and the corresponding class area, where values greater than 1 indicate a positive effect and values below 1 a negative effect. The WOE model was used to compute the logarithmic relationship between fire occurrence probability and background probability for each class; positive WOE values indicate a positive correlation, and negative values a negative effect. To correct small-sample bias, an adjustment term (ε = 10⁻⁶) was applied. Subsequently, FR and WOE values were extracted for slope, elevation, aspect, temperature, precipitation, and wind speed. The correlation matrix and Variance Inflation Factor (VIF) were computed to identify and eliminate multicollinearity. Finally, all weights were integrated in the GIS environment to produce fire susceptibility maps, enabling the identification of high-risk zones.

Results:The results indicated that the spatial distribution of forest fires in Talesh is governed by a complex interplay between physiographic and climatic variables. Slope was identified as the most influential factor, with the highest fire frequency occurring on moderate to steep slopes (8–20 degrees). These slopes are more prone to fires due to stronger natural ventilation, higher fuel accumulation, and restricted accessibility for suppression. Gentle slopes (<5°) and very steep slopes (>25°) had FR values less than 1, reflecting their lower susceptibility. Regarding elevation, the mid-altitudinal range (1000–2000 m a.s.l.) showed the highest fire frequency, corresponding to the dense Hyrcanian forests with moderate temperature and abundant dry fuels. Lower elevations (<500 m) exhibited less fire due to land-use change, while higher elevations (>2000 m) were less prone to fire because of increased humidity and lower temperatures. The temperature variable revealed that classes between 15°C and 21°C exhibited the strongest correlation with fire occurrence, forming the so-called “climatic fire window,” where surface fuels reach optimal combustibility. Lower (<15°C) and higher (>21°C) temperatures reduced fire probability due to excessive moisture or fuel limitation. The precipitation factor showed a dual effect: the highest fire risk occurred in the 1000–1200 mm range (FR>1 and positive WOE), where vegetation growth is abundant but becomes highly flammable during dry seasons. Conversely, areas with rainfall below 800 mm or above 1200 mm demonstrated lower fire risk due to limited vegetation or excessive humidity. Analysis of wind speed indicated that values between 8.5–17 m/s had the greatest impact on fire spread, while extremely weak or strong winds suppressed fire propagation. Spatial modeling results revealed that southern and southwestern slopes, especially at mid-elevations and with moderate-to-steep slopes, experienced the highest density of fire points, thus identified as critical fire-prone zones. The strong agreement between FR and WOE results confirmed the consistency and reliability of the combined modeling approach.

Conclusion: The spatial assessment of wildfires in the Talesh forests demonstrated that fire occurrence is not a random event but rather the outcome of intricate interactions among physiographic and climatic variables. Moderate-to-steep slopes, mid-altitudinal ranges, moderate temperatures, and intermediate rainfall constitute the ecological conditions most conducive to wildfire occurrence. The integrated use of FR and WOE models proved effective for identifying high-risk areas and quantifying the contribution of each variable to fire susceptibility. From a management perspective, the recognition of such critical zones provides a foundation for developing fire susceptibility maps and prioritizing preventive measures. It is recommended that preventive strategies including continuous remote-sensing monitoring, community training, establishment of firebreaks, and development of climate-based early warning systems be implemented in these high-risk regions. Furthermore, integrating FR and WOE models with advanced machine-learning algorithms such as Random Forest and XGBoost can enhance prediction accuracy in future studies. Overall, the present research not only provides an accurate spatial understanding of wildfire behavior in the Talesh forests but also proposes a localized model applicable to other northern Iranian forest ecosystems. The findings emphasize the importance of data-driven ecological management and informed decision-making for sustainable natural resource governance. Understanding the relationship between physiography and fire occurrence is essential not only for advancing scientific knowledge but also for ensuring the ecological and economic resilience of Iran’s forest landscapes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Environmental Hazard
  • Hyrcanian Forests
  • Remote Sensing
  • Spatial Classification
  • Spatial Climatology