基于細(xì)網(wǎng)格的昌吉州森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)

簡(jiǎn)詠梅,李 江,劉 江

(1.昌吉回族自治州氣象局，新疆 昌吉 831100；2.克拉瑪依市氣象局，新疆 克拉瑪依 834000；3.昌吉回族自治州林業(yè)局，新疆 昌吉 831100)

1 引言

森林火險(xiǎn)與氣象的關(guān)系十分密切，氣象條件是決定森林火災(zāi)能否發(fā)生和蔓延的必要因素之一，森林火險(xiǎn)的發(fā)生、發(fā)展和氣象條件密不可分。昌吉回族自治州(以下簡(jiǎn)稱昌吉州)是典型的干旱半干旱地區(qū)，森林火災(zāi)是重要災(zāi)害之一，每年4月1日至10月31日是森林火災(zāi)的高發(fā)期。

昌吉州黨委、政府提出，要把生態(tài)文明建設(shè)作為一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作，努力建設(shè)“美麗昌吉”。根據(jù)《昌吉回族自治州林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，昌吉州將構(gòu)建以南部山區(qū)、中部平原、北部荒漠三大區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)的綠色生態(tài)屏障，森林覆蓋率達(dá)到15%，城鎮(zhèn)、村莊居民點(diǎn)綠化覆蓋率達(dá)到35%以上。

開展森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)研究，對(duì)于加強(qiáng)森林防護(hù)工作、提高森林防火能力、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有積極意義。目前全疆氣象部門主要使用Micaps及氣象制圖后臺(tái)作業(yè)系統(tǒng)(MSPGS)制作森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)，工作量較大，且過于粗糙。近年來，由于氣象觀測(cè)資料的空間密度不斷加大，基于統(tǒng)計(jì)方法的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)的技術(shù)得到較大的發(fā)展，這種方法較以前相比更為精確，也更接近實(shí)際情況。

因此，利用實(shí)時(shí)觀測(cè)氣象要素和歐洲中心細(xì)網(wǎng)格數(shù)值模式預(yù)報(bào)資料，建立森林火險(xiǎn)等級(jí)精細(xì)化預(yù)報(bào)模型，將各氣象監(jiān)測(cè)因子替換為預(yù)報(bào)因子，輸出火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果，對(duì)于加強(qiáng)高分辨率數(shù)值模式的格點(diǎn)釋用技術(shù)研究、提高昌吉州森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)精度、降低空?qǐng)?bào)和漏報(bào)比例都具有積極意義。

2 資料來源與處理

2.1 氣象資料

構(gòu)建森林火險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)必須充分考慮氣象因子的作用，開展森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)工作離不開實(shí)時(shí)觀測(cè)氣象要素和預(yù)報(bào)氣象要素。

氣溫、相對(duì)濕度、降水及連續(xù)無降水日數(shù)、風(fēng)這些氣象條件的綜合作用決定了影響林區(qū)火險(xiǎn)等級(jí)的高低。為了在模型中定量的表示火險(xiǎn)等級(jí)高低，選取的氣象參考要素為24 h累計(jì)降雨量、相對(duì)濕度、2 m溫度、10 m風(fēng)場(chǎng)，數(shù)據(jù)處理范圍選取昌吉州格點(diǎn)資料范圍(34730)，原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為MICAPS第4類格點(diǎn)數(shù)據(jù)格式。

預(yù)報(bào)資料選取歐洲中心細(xì)網(wǎng)格(ECMWFF-thin)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，該產(chǎn)品現(xiàn)有兩個(gè)時(shí)次，分別為08時(shí)起報(bào)和20時(shí)起報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)間為10 d(0～72 h為3 h時(shí)間間隔，72～240 h為6 h時(shí)間間隔)，空間分辨率自2015年1月15日之后由0.25°～0.25°的格點(diǎn)預(yù)報(bào)場(chǎng)調(diào)整為0.125°×0.125°的格點(diǎn)預(yù)報(bào)場(chǎng)。

2.2 林業(yè)資料

收集昌吉州森林資源分布圖、昌吉州林業(yè)管護(hù)站所位置信息，并使用MAPGIS軟件將70個(gè)林業(yè)管護(hù)站的大地坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成可以使用的經(jīng)緯度坐標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

3.1 昌吉州森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型

根據(jù)中國人民共和國林業(yè)部1995年12月1日開始實(shí)施的《全國森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)》相關(guān)規(guī)定。將每日最高空氣溫度、最小相對(duì)濕度、最大風(fēng)力等級(jí)、當(dāng)日降水量及其后的連續(xù)無降水日數(shù)作為基本氣象因子，與昌吉州護(hù)林防火指揮部共同制定昌吉州森林防火期物候季節(jié)訂正指數(shù)，得到森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)A、B、C、D、E值。

(1)森林防火期每日的最高空氣溫度的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)A值，見表1。

(2)森林防火期每日最小相對(duì)濕度的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)B值，見表2。

(3)森林防火期每日前期或當(dāng)日的降水量及其后的連續(xù)無降水日數(shù)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)C值，見表3。

(4)森林防火期每日的最大風(fēng)力等級(jí)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)D值，見表4。

表1 森林防火期每日的最高空氣溫度的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)

表2 森林防火期每日最小相對(duì)濕度的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)

表3 降水日及其后的連續(xù)無降水日數(shù)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)

注：降水量小于0.3 mm作為無降水計(jì)算。C值為30以上時(shí)，每延續(xù)1 d，C值遞加5，C值為50以上時(shí)，仍以50計(jì)算

表4 森林防火期每日的最大風(fēng)力等級(jí)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)

注：D值為40以上時(shí)，仍以40計(jì)算

(5)昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響訂正指數(shù)E值，見表5。

表5 昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響訂正指數(shù)

注：E值綜合考慮不同月份昌吉州綠色植被生長或積雪覆蓋情況制定

(6)計(jì)算森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)HTZ。森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)HTZ的計(jì)算公式為：HTZ=A+B+C+D-E。

根據(jù)HTZ的值，查對(duì)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見表6。

表6 森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)為每日最高森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)，其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)由森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)HTZ查對(duì)

3.2 輸出昌吉州森林氣象火險(xiǎn)等級(jí)示意圖

通過軟件編程，每日16時(shí)自動(dòng)提取精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)資料，計(jì)算出不同區(qū)域的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)，并在地圖上顯示出不同的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)所代表的顏色等級(jí)(綠、藍(lán)、黃、橙、紅)，該圖可直觀判斷昌吉州不同格點(diǎn)區(qū)域的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)情況(見圖1)。

2007年10月1日實(shí)施的《中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QX/T77-2007)—森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)》對(duì)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)的顏色、表現(xiàn)形式、危險(xiǎn)程度等做了相應(yīng)的規(guī)定，見表7。

表7 森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)

圖1 昌吉州森林氣象火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)

4 結(jié)論

(1)該模型除用于輸出未來24 h昌吉州森林氣象火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)圖外，還可以計(jì)算未來3 d、未來10 d昌吉州森林氣象火險(xiǎn)等級(jí)趨勢(shì)。

(2)使用細(xì)網(wǎng)格數(shù)值模式預(yù)報(bào)資料，有利于加強(qiáng)高分辨率數(shù)值模式的格點(diǎn)釋用技術(shù)研究，提高了森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)的精度，從而降低了空?qǐng)?bào)和漏報(bào)率。

(3)預(yù)報(bào)模型采用了全國統(tǒng)一的森林氣象火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響指數(shù)進(jìn)行訂正，增加了預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，同時(shí)構(gòu)建了不同區(qū)域森林火險(xiǎn)評(píng)價(jià)通用模型，更具推廣性。

(4)系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架，能夠?qū)崟r(shí)從Cassandra分布式數(shù)據(jù)庫中獲取模式預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)?；痣U(xiǎn)等級(jí)判別算法使用高效的矩陣算法，大大節(jié)約了對(duì)海量格點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理時(shí)間。前臺(tái)圖形顯示使用GIS地圖結(jié)合echart的海量點(diǎn)渲染技術(shù)，能夠高效、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)圖的繪制。

5 結(jié)語

森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展不僅僅與氣象要素有關(guān)，同時(shí)受到多種復(fù)雜因素的共同影響，跟地理環(huán)境、森林類型、林內(nèi)可燃物載量、含水率及森林燃燒性等息息相關(guān)，利用氣象條件建立森林火險(xiǎn)潛勢(shì)預(yù)警模型只是提供一種火險(xiǎn)發(fā)生的氣象可能性，而真正的火災(zāi)起因并不會(huì)與火險(xiǎn)等級(jí)的氣象條件一一對(duì)應(yīng)，因此在使用時(shí)應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)因素。

在森林火險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)研究中，氣象部門與林業(yè)部門的密切合作顯得尤為重要。采用傳統(tǒng)調(diào)查和現(xiàn)代遙感技術(shù)相結(jié)合的方法，在林區(qū)尤其是林緣地帶，建立森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)站和森林火險(xiǎn)因子采集站，形成覆蓋全疆各主要林區(qū)的防火氣象和可燃物觀測(cè)體系，建立森林地理環(huán)境信息庫、森林火險(xiǎn)氣象信息庫、森林可燃物信息庫、森林火災(zāi)數(shù)據(jù)庫，修訂并完善森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型，將為科學(xué)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行森林火險(xiǎn)預(yù)警提供可靠的技術(shù)保障。