森林火險等級監(jiān)測技術研究

牛哲

【摘 要】參考國外森林火險等級監(jiān)測預報技術研究的思路，運用計算機遙感技術、數學統計技術分析技術，并結合目前國內基層森林防火的實際情況，研究一套實用、高效、精準的森林火險監(jiān)測系統。能夠減輕基層森林防火部門的日常工作業(yè)務量，在地（市縣）級森林防火部門具有推廣運用價值，對我國森林防火系統的建設有重要意義。

【關鍵詞】森林火災；森林火險等級；監(jiān)測技術

引言：

森林是地球生態(tài)系統的主要組成部分，是人類賴以生存的基礎資源，起著保護水資源和調節(jié)生態(tài)平衡的重要作用。然而森林每年都會遭受各種災害的侵襲，其中森林火災位居破壞森林的三大自然災害之首。森林火災對森林的破壞性極大，危害極深，造成的經濟損失相當嚴重。它不僅燒毀大量的森林資源，破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡，還直接影響工農業(yè)生產，威脅著人民生命財產的安全。全球每年會發(fā)生幾十萬次森林火災，森林的平均損失率在1%以上。因而，預防和控制森林火災仍是世界各國今后一定時期內普遍關注的問題。

通過對森林火險等級的監(jiān)測，能有效快速地完成對火險的分類傳遞和反饋，將火災的發(fā)生控制在萌芽狀態(tài)，能有效的預防森林火災。但森林防火是一個復雜的系統工程，森林火險等級監(jiān)測技術的研究是各國普遍遇到的難題，影響到各國森林防火水平的發(fā)展。世界上僅有幾個森林防火技術較為先進的國家，攻克了難關，并在一定程度上預防了本國森林火災的發(fā)生，減少了森林火災帶來的危害。通過借鑒國外森林防火技術，參考其研究思路，并結合我國森林防火的實際情況，探索具有中國特色的森林火險等級監(jiān)測技術，具有一定的現實意義。

一、國外森林防火監(jiān)測技術情況

國外用于進行森林火災預報的方法有很多種。但歸納起來基本可以分為火險天氣預報、林火發(fā)生預報和林火行為預報三種類型。

（一）加拿大火險天氣指標系統（FWI）

以加拿大火險森林防火技術為代表的火險天氣指標系統，可以展現出國外森林防火水平較高國家的研究思路和方法。加拿大火險天氣指標系統由六個部分組成：（3個基本碼、2個中間指標和1個最終指標）①細小可燃物濕度碼（FFMC）；②凋落物下層濕度碼（DMC）③干旱碼（DC）；④初始蔓延指標（ISI）；⑤有效可燃物指標（BUI）；⑥火險天氣指標（FWI）。這些指標的求算通過14時溫度、風速和前24 h降水量求得。只要輸入前一天的FFMC，DMC，DC，通過FWI的計算，就可得出逐日林火火險等級。

（二）加拿大森林火險天氣指標系統（FWI）

以時滯—平衡含水率理論為基礎，將氣象條件和可燃物含水率有機地聯系起來，通過天氣條件的變化計算可燃物含水率的變化，然后再根據不同大小或位置的可燃物含水率確定潛在火險等級。該系統可以判斷在一定的天氣條件下發(fā)生森林火災的概率有多大；發(fā)生森林火災后，其蔓延速度有多快；發(fā)生森林火災蔓延后控制這場火的難度有多大。是火行為幾個方面的一個好的指示器，是用于管理的評價一般火險的最好一種方法。

二、我國森林火災監(jiān)測技術應用情況

我國的林火監(jiān)測預報工作起步較晚，并且發(fā)展過程比較曲折，因而我國在防火技術的研究應用上還是相當落后的。目前許多地方仍以人力上山巡查、瞭望臺瞭望等監(jiān)測火險情況為主，極少數地方采用航空護林的方法。只有在某些經濟較為發(fā)達的地方，其森林火災監(jiān)測技術的應用相對較為先進。

以蘇州森林火災監(jiān)測技術應用為例。其每日會根據森林火險監(jiān)測站提供的氣溫、濕度、方向、風速、降雨量等來測算該日森林火險等級，發(fā)布火險天氣的危險情況。各防火部門依據該日的森林火險指數布置防火措施。在森林內設有監(jiān)控，每個攝像頭可以監(jiān)測大約5平方公里的森林，數百個攝像頭便可掌握整片森林的火災發(fā)生情況。

該方法比其它地方的防火技術相對先進很多，然仍有許多不足之處，監(jiān)測小面積森林可行，不能再全國大范圍內應用。首先該火災監(jiān)測技術耗資較大，在經濟相對較弱的地方難以實施，且在即使經濟基礎較好森林面積大的森林也難以應用，不可能在大片森林內布置數萬計的攝像頭。所以，我國的森林火災監(jiān)測技術還應有創(chuàng)新。

三、火險等級監(jiān)測因子的選擇

火險等級監(jiān)測因子的選擇是建立在相關關系的基礎上，通過對國外森林防火系統思路的借鑒，并結合我國實際情況發(fā)現，最高溫度、降水量、相對濕度、風速與森林火災的發(fā)生有著比較密切的關系。

（一）最高溫度

一日最高溫度在一定區(qū)間內和森林火災的發(fā)生呈正相關。根據統計表明，當一日最高溫度低于﹣15°時，天氣寒冷，人類的外出活動減少，發(fā)生火災的概率較低；當一日最高溫度大于22°度時，季節(jié)性的降水增多，草木生長茂盛并且含水量大，發(fā)生火災的概率也較低；當最高溫度處在﹣8°～18°時，火災發(fā)生的概率較大；尤其是最高溫度處于﹣6°～16°時，植被干枯且含水量小，是火災發(fā)生的高峰期。

（二）降水量

根據已有研究發(fā)現，在某一時間段降水量的多少盒該時段森林火災發(fā)生的概率呈負相關。當一日降水量大于10mm時，24小時內樣本森林中發(fā)生火災的概率為0%，48小時內樣本森林中發(fā)生火災的概率為2%；當一日降水量處在5mm～10mm時，24小時內樣本森林中發(fā)生火災的概率為2%，48小時內樣本森林中發(fā)生火災的概率為6.6%；當一日降水量小于5mm時，24小時內樣本森林中發(fā)生火災的概率為23%。此外，火災的發(fā)生與冬季積雪量也有密切的關系，當積雪深度大于3cm時，基本不會發(fā)生森林火災。

（三）最小相對濕度

相對濕度的大小與森林火災發(fā)生的次數呈負相關。根據資料研究表明，當空氣中的相對濕度大于71%時，基本沒有森林火災發(fā)生；當相對濕度處在66%～71%之間時，樣本森林發(fā)生火災的概率為2%；當相對濕度在42%～59%之間時，樣本森林發(fā)生火災的概率為36%；當最小相對濕度小于40%時，樣本森林發(fā)生火災的數量不斷增加。

（四）風速

據數據統計發(fā)現，如果發(fā)生森林火災，當日風速大于7m/s的概率為78.3%。由此可見，風對森林火災的影響是比較明顯的，風速在火險監(jiān)測各因子中也是是比較重要的。風對森林火災有助燃作用，能對火災現場的氧氣進行補充，加劇燃燒現象，加快火災的蔓延速度；還能把正在燃燒的可燃物帶至火災現場外數公里的地方，造成新的火災；更有甚者，會在火場形成火旋風，嚴重威脅人民生命財產安全。

四、森林火險監(jiān)測系統設計

建立一種新型森林火險監(jiān)測站，由氣象要素傳感器（包括雨量、溫度、濕度、風向、風速傳感器）、數據采集器（包括氣象要素轉換器、控制器和接口）、通訊終端（包括GPRS/CDMA或其它遠距離通訊終端（如北斗））、電源（包括充電控制器、太陽能電池板、蓄電池）、熱感器、煙感器等組成。