趙 璠， 舒立福， 楊征奪， 張明遠

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所國家林業(yè)局森林保護學(xué)重點實驗室，北京 100091；2.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224；3.曲靖市麒麟?yún)^(qū)林業(yè)局防火辦，云南 曲靖 655000；4.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086)

研究與設(shè)計

西南林區(qū)森林火災(zāi)火險預(yù)報模型評價研究

趙 璠1，2， 舒立福1*， 楊征奪3， 張明遠1，4

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所國家林業(yè)局森林保護學(xué)重點實驗室，北京 100091；2.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224；3.曲靖市麒麟?yún)^(qū)林業(yè)局防火辦，云南 曲靖 655000；4.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086)

森林火災(zāi)火險預(yù)報模型是林火預(yù)防的主要技術(shù)手段，目前國內(nèi)的火險預(yù)報模型主要針對東北林區(qū)構(gòu)建，而作為全國第二大林區(qū)的西南林區(qū)迫切需要在本區(qū)域選用和構(gòu)建預(yù)報效果較好的火險預(yù)報模型。本研究收集整理了國內(nèi)目前主流的火險預(yù)報模型，并利用麒麟?yún)^(qū)防火辦轄區(qū)內(nèi)2013-2015年的實際林火資料對這些模型進行了試報，根據(jù)測報結(jié)果進行模型評價研究。研究結(jié)果表明，“全國森林火險天氣等級”適用于西南林區(qū)的森林火險預(yù)報。本研究結(jié)果還可為構(gòu)建該區(qū)域的本土火險預(yù)報模型提供參考。

林火；火險模型；評價；西南林區(qū)

森林火災(zāi)是失去人為控制的森林燃燒，其發(fā)生后會燒毀大量森林資源、破壞生態(tài)環(huán)境、威脅人類財產(chǎn)的安全，因此對森林火災(zāi)進行積極有效的預(yù)防和控制一直以來都是十分重要的研究課題[1]。林火是在自然條件下發(fā)生的燃燒現(xiàn)象，其發(fā)生發(fā)展主要受火源、天氣和可燃物這3個因素條件的限制，同時從一個較長的時間和地理范圍來看，林火會呈現(xiàn)出明顯的時空規(guī)律，利用這些限制條件和時空規(guī)律即可實現(xiàn)對林火的預(yù)防。我國一直以“預(yù)防為主，積極消滅”為森林防火方針，對林火的預(yù)防是減少林火損失的關(guān)鍵。

林火火險預(yù)報模型作為林火預(yù)防的主要技術(shù)手段，主要是從天氣和可燃物的角度入手，根據(jù)歷史林火資料和實驗室試燒的試驗數(shù)據(jù)，建立天氣和可燃物的特征變化與林火發(fā)生之間的對應(yīng)關(guān)系，并通過數(shù)學(xué)擬合的方法建立預(yù)報模型，模型的預(yù)報結(jié)果表明林火產(chǎn)生后存在發(fā)展成災(zāi)的可能性，模型的適用區(qū)域與研究數(shù)據(jù)的來源有很大關(guān)系。目前，美、加、澳、日等國家均已建立了完善的林火火險預(yù)報體系，我國林火預(yù)測預(yù)報的研究工作起步較晚，初期主要是在美、蘇、加等國火險系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國情況進行研究，各地相繼研制出許多基于本地區(qū)的火險預(yù)報模型，從建國初期的風(fēng)速修正綜合指標法，到后來的多因子綜合指標森林火險預(yù)報法、“801”森林火險天氣預(yù)報系統(tǒng)、福建省溫濕指標法等。這些方法的預(yù)報因子主要都集中在溫度、濕度、風(fēng)速等氣象因子上，屬于火險天氣預(yù)報。除此之外，我國還根據(jù)國際上林火預(yù)報的發(fā)展趨勢，研制出雙指標法以及在此基礎(chǔ)上進一步提出的三指標法等火行為預(yù)報模型，這標志著我國已進入了以火報火和火行為預(yù)報的研究階段[2]。

通過收集和整理發(fā)現(xiàn)，上述這些火險預(yù)報模型主要是以東北等地區(qū)為研究對象得出的結(jié)果，而以全國第二大林區(qū)——西南林區(qū)作為研究對象的研究成果還較少，通過將這些經(jīng)典方法在西南林區(qū)進行評價研究，可以從中篩選出適合云南等西南林區(qū)的森林火險預(yù)報模型，同時還可為這一地區(qū)新型火險預(yù)報模型的開發(fā)提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

麒麟?yún)^(qū)隸屬于云南省曲靖市(25°07′～26°06′ N、103°29′～104°14′ E)，位于西南林區(qū)滇東高原中部，總面積1 561.1 km2。該地區(qū)平均海拔2 022.7 m，地勢呈東西高、南北低，中部為平壩，東西兩側(cè)多為山地，是典型的西南高原林區(qū)地形。屬于亞熱帶高原低緯度半濕潤山地季風(fēng)氣候，季節(jié)溫差較小，年平均氣溫14.5 ℃，干濕季節(jié)明顯，降水年平均1 008 mm。森林火險期從每年的11月中旬到翌年5月底，長達近7個月，其中2～4月為緊要期，是全國重點防火縣(市、區(qū))之一。森林面積76 861 hm2，森林覆蓋率49.24 %，土壤主要為山地紅壤，森林植被類型以云南松和華山松為主，邊遠地區(qū)存有少量常綠闊葉林[3]。

1.2 歷史林火資料

以麒麟?yún)^(qū)防火辦公室2013—2015年共21場森林火災(zāi)的氣象資料和林火資料作為本研究的火險測算依據(jù)。其中氣象資料主要包括起火日前后5天的降水量、相對濕度(當(dāng)日最高、午后14點)、氣溫(當(dāng)日最低、午后14點)、午后14點露點溫度、日照時數(shù)、風(fēng)速和風(fēng)向；林火資料主要包括火行為指標和可燃物指標，火行為指標有起火地點、起火及撲滅時間、過火面積和主要撲火裝備，可燃物指標包括過火區(qū)主要樹種、林相和地貌特征。以上這些資料內(nèi)容基本能夠覆蓋主流火險預(yù)報模型的測算因子，需要指出的是，當(dāng)天相對濕度的最低值和氣溫的最高值采用午后14點的測量值代替，因為午后14點是最容易發(fā)生林火的時段，所以這種做法在實際工作中可操作性和效果均較好。另外，由于火行為指標中的蔓延速度、火線強度、火焰長度等特征因子很難通過直觀觀測得到，在地方防火部門的火災(zāi)資料中也很少進行相關(guān)記錄，因此需通過當(dāng)時撲火設(shè)備的選擇間接進行反映。這21場林火的火源基本都是人為引起，因此不再單獨記錄在林火資料中。

1.3 主要火險預(yù)報模型

1.3.1 雙指標法—云南查算表

雙指標法由中國科學(xué)院森林土壤研究所開發(fā)，其使用大小興安嶺和長白山的氣象資料和火災(zāi)記錄進行分析，采用與森林可燃物易燃性變化關(guān)系最密切的氣象因子進行計算，確定燃燒性能。該模型的計算內(nèi)容分為火險級和蔓延力，火險級采用午后14點的氣溫和相對濕度進行測算，蔓延力采用實效濕度和最大風(fēng)速進行測算。云南省氣象臺將雙指標法與當(dāng)?shù)貧庀髼l件結(jié)合后制定了“森林火險指標查算表”[4]，該表的橫坐標為當(dāng)天最高氣溫、縱坐標為露點溫度。查表時用最高氣溫和露點溫度確定空氣濕度值，然后再根據(jù)該濕度值在表中火險區(qū)間所處的位置確定火險等級。

1.3.2 多因子綜合概率森林火險預(yù)報法

多因子綜合概率森林火險預(yù)報法是通過對小興安嶺林區(qū)在防火期內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的天氣特征進行充分研究，總結(jié)發(fā)生森林火災(zāi)時地面氣象要素和高空環(huán)流的周期變化規(guī)律，并運用相關(guān)概率的數(shù)學(xué)方法建立的火險預(yù)報方法，其在預(yù)防小興安嶺林區(qū)林火時效果較好。該模型的設(shè)計方法是通過目標地區(qū)的歷史氣象資料和林火資料，統(tǒng)計主要氣象因子的分級情況并形成分級表，統(tǒng)計各因子在不同級別下的林火發(fā)生概率并形成概率速查表，這兩個表構(gòu)成了模型的預(yù)報支持數(shù)據(jù)。選用的氣象因子包括降水量、日照時數(shù)和地面風(fēng)速之和、08時高空風(fēng)速、08時地面氣溫、08時高空氣溫、08時地面相對濕度。使用該模型測報的方法如下：①統(tǒng)計前5個主要氣象因子在預(yù)報日前5天的累加值；②通過累加值和相對濕度值對比分級表(見表1)確定這些因子的火險等級，而后通過概率速查表(見表2)確定各因子的概率值；③計算所有主要氣象因子概率值的算術(shù)平均值，得到預(yù)報日的組合概率值和火險等級。本研究直接沿用了伊春地區(qū)的預(yù)報數(shù)據(jù)表格。需要說明的是，該模型中考慮了高空氣象狀況，這些數(shù)據(jù)在研究區(qū)難以獲得，因此對因子08時高空風(fēng)速、08時高空氣溫統(tǒng)一按三級進行處理。

表1 氣象因子分級表

五級四級三級二級一級降水量/mm0