森林防火危險等級預報（警）技術研究

胡繼華 高都路 張宗群

甘孜州氣象局 626000

1 概述

森林防火危險等級預報（警）技術，作為森林防火的首要基礎科學手段，對有效預防和撲救森林火災，避免或減少災害損失，保護森林資源和生態(tài)環(huán)境有著極為重要的作用。

2 主要技術方法

一是通過對影響森林防火主要氣象要素的分析，確定了等級預報因子；二是通過危害程度個例分析，確定了危險等級及其釋義；三是研究分析了主要因子與危險等級的相關關系，制定等級（指數(shù)）標準，即建立因子與等級關系模型；四是通過上述研究結論建立了森林防火危險等級預報（警）模型（即方法）；五是利用計算機技術建立森林防火危險等級綜合資料自動處理、顯示、預報（警）系統(tǒng)；六是利用信息網(wǎng)絡技術將森林防火危險等級綜合預報（警）結論及對策建議分發(fā)到各決策部門、用戶終端開展應用服務或者由政府授權的有關部門發(fā)布相應指令。

3 森林防火危險氣象等級預報（警）因子

因子選擇，是森林防火危險等級預報（警）技術的核心。本技術方法參與因子確定的原則是，以《川西高原森林火險天氣等級》（DB51/T856-2008）標準為基礎，重點考慮：（1）與森林火災的形成、發(fā)生、蔓延有密切關系。（2）所選擇的因子物理意義清楚，且可以量化。(3)因子必須能夠代表林區(qū)自然狀況。（4）所選擇的因子要素值，在森林防火危險等級預報（警）技術平臺運行中，可以連續(xù)監(jiān)測、傳輸、獲取。依據(jù)四條原則，對九龍、雅江、康定三縣1990年至2011年發(fā)生的74起（次）各類森林火災（過火面積≥0.1公頃）個例進行反復分析篩選，最終選取了最高氣溫、降水量、風速、相對濕度、最長連續(xù)無降水日數(shù)等物理意義清晰且易于獲取的氣象因子作為林火氣象因子。

4 森林防火危險氣象等級劃分和預警信號

通過對1990年至2011年九龍、雅江、康定三縣發(fā)生的74起（次）各類森火災（過火面積≥0.1公頃）個例分析，并按照森林火險氣象條件、林內(nèi)可燃物易燃程度及森林著火、蔓延成災的危險程度，統(tǒng)一將森林防火危險等級分為五級，二至四級發(fā)布預警信號，分別用藍色、黃色、橙色、紅色標識。為沿用各級政府及相關部門森林防火危險等級多年習慣，將森林防火危險等級各級含義定義為：一級不危險，只發(fā)布等級預報；二級低度危險，發(fā)布藍色預警信號；三級中度危險，發(fā)布黃色預警信號；四級高度危險，發(fā)布橙色預警信號；五級極度危險，發(fā)布紅色預警信號。

5 森林防火危險等級（指數(shù)）預報（警）模型

5.1 森林著火天氣等級預報模型

通過對甘孜州主要林區(qū)相關林火氣象因子的統(tǒng)計分析，并結合林業(yè)、氣象部門多年的森林防火經(jīng)驗和實際，最高氣溫和相對濕度是森林著火的主要氣象因素，著火的難易程度一般與前3～5天內(nèi)這些要素的變化有較密切的相關關系，在森林防火風險期，當最高氣溫在多年平均值以上，最小相對濕度在多年平均值以下劇變時，森林最容易著火。為濾掉最高氣溫受海拔高度變化的影響以及短時偶然因素導致最高氣溫變化的影響，我們選取了最高氣溫距平值作為主要森林著火氣象因子之一，通過對森林高火險期個例的普查和統(tǒng)計，最小相對濕度能較好地代表空氣、植被、可燃物干燥程度。根據(jù)多年防火經(jīng)驗，上述兩因子對森林著火氣象等級的貢獻率基本相同，為此我們將兩因子的權重系數(shù)均取值1。通過對主要林區(qū)的最高氣溫距平平均值和最小相對濕度的統(tǒng)計計算以及對高火險期個例分析得到森林著火等級對應的氣象因子值（表1）。

表1 森林著火等級對應的氣象因子值

最高氣溫距平（△T）計算公式：

式中：

Tmax─最高氣溫；

max─最高氣溫平均值。

森林著火氣象等級計算：

通過公式（2）計算得到ZY指數(shù)（四舍五入取整數(shù)）,利用ZY指數(shù)按表4查算得到森林著火天氣等級（Z）。

式中：

PT─最高氣溫距平（△T℃）對應的著火指數(shù)，通過表2查算而得；

PU─最小相對濕度（Umin%）對應的著火指數(shù)，通過表3查算而得。

表2 PT著火指數(shù)

表3 PU著火指數(shù)

表4 森林著火天氣等級標準

5.2 林火蔓延天氣等級預報模型

我們選取了預報日14時定時觀測風速及預報日前30天14時平均氣溫、總降水量、最長連續(xù)無降水日數(shù)、平均相對濕度作為林火蔓延因子，考慮各林火因子對林火蔓延的貢獻不同，我們對各林火因子給出了不同的經(jīng)驗系數(shù)（見表5）。通過對主要林區(qū)縣上述林火蔓延氣象因子的統(tǒng)計分析，得出了林火蔓延天氣等級對應的氣象因子值（見表5），通過公式3計算出林火蔓延天氣等級閾值，再根據(jù)計算出的林火蔓延天氣等級閾值，對高火險天氣時段進行擬合，并結合多年來森林防火經(jīng)驗，劃分林火蔓延天氣等級標準（表6）。

表5 林火蔓延氣象等級對應的氣象因子值

式中：X1為預報日14時定時觀測風速；X2為預報日前30天14時平均氣溫；X3為預報日前30天總降水量；X4為預報日前30天內(nèi)最長連續(xù)無降水日數(shù)；X5為預報日前30天日平均相對濕度。

表6 林火蔓延天氣等級標準

5.3 森林防火危險等級預報模型

根據(jù)多年來森林防火經(jīng)驗，分別給出了著火和蔓延兩大危險等級對森林防火危險等級的權重系數(shù)，從而得出計算森林防火危險等級指數(shù)經(jīng)驗公式（4）。

通過公式（4）計算得到森林防火危險等級指數(shù)WX （四舍五入取整數(shù)），利用WX指數(shù)按表5-7查算得到森林防火危險等級DJ。

式中：Z為森林著火天氣等級；M林火蔓延天氣等級。

表7 森林防火危險等級標準

6 森林防火危險等級預報（警）技術系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)平臺設計以森林防火危險氣象等級（指數(shù)）預報（警）模型為基礎，用林火氣象因子值通過公式（2）、（3）分別計算著火、蔓延天氣等級，用公式（4）計算森林防火危險等級，并自動生成森林防火危險等級預報（警）服務產(chǎn)品（文本、圖形文件）。平臺兼顧了介面清晰、操作簡單、功能齊全的原則，集系統(tǒng)設置管理、數(shù)據(jù)收集計算、火險等級顯示、計算數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)幫助信息等主要功能為一體。該系統(tǒng)使用VB6開發(fā)、集成，應有Office2003以上系統(tǒng)環(huán)境及Surfer10(32-bit)和VB6支持（圖1）。

圖1

6.1 系統(tǒng)平臺主要功能

6.1.1 系統(tǒng)設置

主要對系統(tǒng)主要路徑、基礎數(shù)據(jù)、文件存放路徑和管理進行設置，確保系統(tǒng)正常運行。

6.1.2 數(shù)據(jù)收集計算

主要是對基礎數(shù)據(jù)進行收集和訂正，并通過公式自動計算火險等級，同時兼顧經(jīng)驗訂正。

6.1.3 火險等級顯示

主要是對火險等級進行圖形化顯示和等級區(qū)顯示，以及高火險等級提示，并同時保存相關圖形文件。

6.1.4 計算數(shù)據(jù)查詢

主要是對林火因子的歷史資料、實況資料、分析資料、計算資料和圖片的瀏覽及查詢。

6.1.5 系統(tǒng)幫助信息

主要包括內(nèi)容簡介、使用方法、系統(tǒng)幫助、技術支持和關于系統(tǒng)等內(nèi)容。

6.2 森林防火危險等級預報（警）制作

6.2.1 收集基本數(shù)據(jù)資料

將預報（警）監(jiān)測站點的前一日平均氣溫、降水量、平均相對濕度和當日最高氣溫、14時風速及最小相對濕度等基本資料進行收集和準備，并存放在相關文件中。

6.2.2 校對基本數(shù)據(jù)資料

對基本數(shù)據(jù)及實況資料進行校對、訂正，確保資料不為空或錯誤，同時保存基本數(shù)據(jù)資料（圖2）。

6.2.3 分析資料檢查與校驗

分析資料檢查與校驗是對分析數(shù)據(jù)資料進行核對、訂正，同時保存分析數(shù)據(jù)資料（圖3）。

圖2

圖3

6.2.4 防火危險等級分析計算

依據(jù)分析資料和計算公式自動計算防火危險等級，并保存資料（主要針對預報站點的火險等級進行分析、計算和保存）。

6.2.5 訂正森林防火危險等級

根據(jù)各相關林火因子值、數(shù)值預報產(chǎn)品解釋及經(jīng)驗對森林防火危險等級進行分析、訂正（主要對計算出的預報區(qū)域站點等級進行分析、訂正，排除等級極端值和錯誤值、超邊界值等）（圖4）。

圖4

6.2.6 形成森林防火危險等級預報結論

形成各預報區(qū)域站點的森林防火危險等級預報結論數(shù)據(jù)庫。

6.3 森林防火危險等級顯示

6.3.1 文本格式數(shù)據(jù)顯示

在文本數(shù)據(jù)目錄D:ForestdatashowFb*1.txt文件的調閱中可以看見如下內(nèi)容：站點名稱、經(jīng)度、緯度、海拔高度、危險等級及釋義和防御對策建議等（圖5）。

6.3.2 火險級別等值線顯示

主要包括火險等級的等值線分析和填色，可以直觀看到等級分布情況（圖6）。

圖5

圖6

6.3.3 高火險級別顯示

主要對高火險等級的區(qū)域進行分析和填色，可以直觀看到高火險等級分布情況，起到提示作用（圖7）。

6.3.4 各縣林區(qū)代表區(qū)域火險級別顯示

可以查看各縣林區(qū)代表區(qū)域火險級別和預警信號以及防御建議等（圖8）。

圖7

圖8

6.4 資料瀏覽及查詢

主要對實況資料、歷史資料、計算資料、服務產(chǎn)品（文本、圖片）、日志資料等進行瀏覽和查詢（圖9）。

圖9

6.5 利用Internet網(wǎng)絡進行傳輸及瀏覽

打開網(wǎng)絡瀏覽菜單，便能對Internet網(wǎng)絡進行瀏覽、傳輸?shù)炔僮鳎▓D10）。

圖10

6.6 常用工具

本系統(tǒng)為集成了計算器、文字編輯、圖片編輯、PPT制作等多類常用工具為一體的綜合應用平臺，可以方便、快捷處理各類資料（圖11）。

圖11

7 氣象資料處理和預警信息發(fā)布

所有林火氣象因子的歷史和實時資料均通過網(wǎng)絡技術在氣象資料數(shù)據(jù)庫中自動調入森林防火危險等級預報（警）系統(tǒng)，為確保資料的準確性，操作人員可通過平臺中的“修正當日預報資料”功能，對林火氣象因子資料進行訂正,系統(tǒng)根據(jù)訂正后的資料自動計算危險等級，并生成預報（警）服務產(chǎn)品文件（包括文本文件和圖片文件）。預警信息發(fā)布單位調用jmail.dll庫文件，向互聯(lián)網(wǎng)郵箱發(fā)送森林防危險等級預報（警）服務產(chǎn)品文件，用戶用密碼登錄郵箱，下載當天的預報（警）服務產(chǎn)品文件，根據(jù)危險級別和相關對策建議開展服務。

[1]晁峰. 森林火險預測預報方法分析. 黑龍江科技信息，2011

[2]中國氣象局. 地面氣象觀測規(guī)范. 氣象出版社,2003.7

[3]四川省質量技術監(jiān)督局.四川省地方標準. DB51/T856-2008. 川西高原森林火險天氣等級, 2008.9

[4]王彬華，李建華編著. 中文VB精彩編程五十例. 電子科技大學出版社,2004.4

[5]曾琦主編. VB6.0編程實例與技巧.中國水利水電出版社,1998.10

[6]嚴華生等編. 氣候變化分析預測. 氣象出版社，2003