西南林區(qū)森林火災火險預報模型評價研究

趙 璠， 舒立福， 楊征奪， 張明遠

(1.中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所國家林業(yè)局森林保護學重點實驗室，北京 100091；2.西南林業(yè)大學，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)森林火災火險預報模型評價研究

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)局森林保護學重點實驗室，北京 100091；2.西南林業(yè)大學，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)

森林火災火險預報模型是林火預防的主要技術(shù)手段，目前國內(nèi)的火險預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)建預報效果較好的火險預報模型。本研究收集整理了國內(nèi)目前主流的火險預報模型，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)的森林火險預報。本研究結(jié)果還可為構(gòu)建該區(qū)域的本土火險預報模型提供參考。

林火；火險模型；評價；西南林區(qū)

森林火災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，因此對森林火災進行積極有效的預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)對林火的預防。我國一直以“預防為主，積極消滅”為森林防火方針，對林火的預防是減少林火損失的關(guān)鍵。

林火火險預報模型作為林火預防的主要技術(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)學擬合的方法建立預報模型，模型的預報結(jié)果表明林火產(chǎn)生后存在發(fā)展成災的可能性，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報體系，我國林火預測預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)的火險預報模型，從建國初期的風速修正綜合指標法，到后來的多因子綜合指標森林火險預報法、“801”森林火險天氣預報系統(tǒng)、福建省溫濕指標法等。這些方法的預報因子主要都集中在溫度、濕度、風速等氣象因子上，屬于火險天氣預報。除此之外，我國還根據(jù)國際上林火預報的發(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報模型，這標志著我國已進入了以火報火和火行為預報的研究階段[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)的森林火險預報模型，同時還可為這一地區(qū)新型火險預報模型的開發(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(當日最高、午后14點)、氣溫(當日最低、午后14點)、午后14點露點溫度、日照時數(shù)、風速和風向；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報模型的測算因子，需要指出的是，當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資料中也很少進行相關(guān)記錄，因此需通過當時撲火設(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 主要火險預報模型

1.3.1 雙指標法—云南查算表

雙指標法由中國科學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速進行測算。云南省氣象臺將雙指標法與當?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報法

多因子綜合概率森林火險預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)學方法建立的火險預報方法，其在預防小興安嶺林區(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)和地面風速之和、08時高空風速、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