黑龍江省多因子綜合森林火險預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)

閆敏慧，梅其珍，徐 月

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

黑龍江省多因子綜合森林火險預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)

閆敏慧1，2，梅其珍2，徐 月2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

在分析黑龍江省各地森林火災(zāi)發(fā)生特點及規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用10余種與可燃物干燥度、火蔓延、阻燃等有密切關(guān)系的氣象因子，確定黑龍江省多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報指標；通過程序設(shè)計，建立黑龍江省多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報模型，建成森林火險預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠自動輸出預(yù)報結(jié)果，在實際業(yè)務(wù)中取得良好的應(yīng)用效果。

森林火險預(yù)報；多因子綜合；預(yù)報指標；業(yè)務(wù)系統(tǒng)

1 引言

黑龍江省森林覆蓋面積大，森林火災(zāi)頻發(fā)。1987年5月6日，大興安嶺的漠河、塔河等地發(fā)生特大森林火災(zāi)，持續(xù)時間將近1個月，過火面積達1.01×106hm2，直接經(jīng)濟損失達5億多元。在森林防火氣象服務(wù)任務(wù)日益加重的背景下，確定科學(xué)的預(yù)報指標，建立黑龍江省森林火險專項預(yù)報方法和完成實際業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)具有很強的實際意義。

2 黑龍江省多因子綜合森林火險預(yù)報方法

2.1 森林火險預(yù)報分級標準

森林火險預(yù)報采用5級制，從1級至5級表示火險等級依次升高。其中1級為特低火險；2級為偏低火險；3級為中火險；4級為偏高火險；5級為特高火險。

2.2 氣象要素對可燃物含水量的累積性作用

可燃物的含水量不僅在降水當(dāng)時增加，而且可燃物含水量還有一個漸進的增加或減少過程，這一漸進過程不僅表現(xiàn)在可燃物對降水直接帶來的水分的吸收或散發(fā)，也表現(xiàn)在對環(huán)境如空氣、地表提供的水分的吸收。主要由降水帶來的可燃物含水量的變化與降水量及降水日期的遠近均有關(guān)，風(fēng)速、相對濕度、氣溫等對水分的吸收或散發(fā)均有一定影響，因此，降水、風(fēng)速、相對濕度、氣溫等因子不僅在當(dāng)時起作用，而且具有持續(xù)的影響，隨著時間的延長累積影響減小。氣象要素的累積貢獻就是氣象要素連續(xù)變化導(dǎo)致可燃物含水量的變化。比如降水量，在前期極易發(fā)生森林火災(zāi)情形下，某地某日30 mm的降水量在未來6 d以內(nèi)足以使可燃物處在不可燃狀態(tài)，在未來21 d這個降水對可燃物含水量仍然有影響，只是影響程度隨時間增加而減??；某地某日6 mm的降水量在未來第5 d可能使可燃物處在易燃或可燃狀態(tài)。如果有一段時間持續(xù)多雨（雪），那么，即使其后15 d連續(xù)無雨，前面的多雨也還是有貢獻的，可燃物不一定干燥，火險氣象等級也不一定高；如果前期的雨（雪）多到一定程度，則火險氣象等級是低的。一般地，夏季降水量較多，由于降水對可燃物含水量的累積性作用致使初秋森林發(fā)生火災(zāi)的危險程度低。而如果夏季降水量特別少，則由于持續(xù)干旱而導(dǎo)致可燃物含水量低，易發(fā)生森林火災(zāi)。

指標主要采用分時段累積降水量及風(fēng)速、氣溫、相對濕度描述氣象要素對可燃物含水量的貢獻，進而得出森林可燃特性。

2.3 火險氣象等級預(yù)報公式及多因子綜合森林火險氣象等級業(yè)務(wù)預(yù)報指標

2.3.1 火險氣象等級預(yù)報公式

根據(jù)多年的森林火險預(yù)報實踐經(jīng)驗，總結(jié)出森林火險氣象等級預(yù)報的經(jīng)驗公式如下：

火險氣象預(yù)報等級=初步預(yù)報火險氣象等級+預(yù)報日風(fēng)力貢獻

其中，初步預(yù)報火險氣象等級=基礎(chǔ)火險氣象等級+可燃物量貢獻+（其他多因子貢獻）*植被類型訂正系數(shù)。即假定某地某一天存在一個基礎(chǔ)森林火險氣象等級，將基礎(chǔ)火險氣象等級與所有影響因子的貢獻度相加就得到該地當(dāng)天的森林火險氣象等級。

2.3.2 多因子綜合森林火險氣象等級業(yè)務(wù)預(yù)報指標

在分析各地森林火災(zāi)發(fā)生特點及規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用10余種與可燃物干燥度、火蔓延、阻燃等有密切關(guān)系的氣象因子，確定黑龍江省多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報指標。在指標設(shè)計中采用了一些處理，如：由于不能實時獲得當(dāng)日積雪深度，因此使用上旬最大積雪深度；在森林火險氣象等級計算公式中設(shè)置了降水量的上限，降水距平百分率小于0時乘以2倍，降水距平百分率界定在[-200%，200%]；日合計降雪量數(shù)值乘以2倍，日合計降雨夾雪量數(shù)值乘以1.4倍。

根據(jù)多年森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律、氣候規(guī)律和森林火險等級預(yù)報經(jīng)驗將黑龍江省分成北部、中部、南部，分別設(shè)計黑龍江省每個縣的逐日基礎(chǔ)森林火險氣象等級序列。其它相關(guān)的因子及確定如下：

（1）可燃物量因子

該因子包括森林植被、火災(zāi)影響和去年生長量。對于非林區(qū)森林植被值取-0.7；草場、少林區(qū)取-0.4，若發(fā)生過火災(zāi)取-0.6。前三個防火季火災(zāi)狀況因子取值見表1。

表1 前三個防火季火災(zāi)狀況因子取值表

去年生長量貢獻因子由估算公式得到，公式中主要涉及的氣象要素有去年6、7、8月的溫度距

平和降水量距平百分率，具體的估算公式為：

（1.2+0.3△T6）×0.02（△R6+3）+(1.2+0.2△T7)×0.02（△R7+3）+(1.0+0.2△T8)×0.02（△R8+3）-0.1

上式中△R（其后所跟數(shù)值代表相應(yīng)月份）：降水距平百分率，△T（其后所跟數(shù)值代表相應(yīng)月份）：平均氣溫距平。

（2）秋封地和秋季降水影響因子

該因子的估算公式根據(jù)黑龍江省南北溫度差所造成的重點防火時段不同，分別建立了3月到5月中旬期間大興安嶺和黑河北部、3月到5月上旬期間黑河南部、伊春、鶴崗以及3月到4月下旬期間其它地區(qū)的估算公式，其中大興安嶺和黑河北部主要采用的氣象要素是8月、9月和10月的降水量距平百分率；而后兩個估算公式除以上要素外還考慮了11月的降水距平百分率，公式的系數(shù)均有所區(qū)別（估算公式略）。

（3）積雪貢獻影響因子

該因子的估算公式中中南部地區(qū)主要采用到2月下旬、3月上、中、下旬、4月上、中、下旬的最大積雪深度，而大興安嶺、黑河則采用了5月上旬、9月下旬、10月上、中、下旬以及11月上、中旬的最大積雪深度，具體的估算公式略。

（4）返青貢獻影響因子

春季連續(xù) 3 d平均氣溫大于等于11℃之后取-0.1，以后每天-0.06最大-0.9至夏初（6月30日）。

（5）秋霜凍獻影響因子

秋霜 Tm<1℃后 4 d+0.1；Tm<0℃后 4 d+0.2；Tm<-1℃后4 d+0.3；并且每天增0.08。最大值為1.3（北部8月25日、南部9月4日以后計算）。

（6）當(dāng)日、前3日、前1到10日、前 11到 30日、前 3個月氣象要素影響值

其中當(dāng)日氣象要素貢獻估算公式如下：

百合在培養(yǎng)過程中部分材料會呈半透明狀，組織結(jié)構(gòu)發(fā)育畸形，稱為玻璃化，又稱“過度水化”。玻璃化苗是導(dǎo)致組培苗繁殖效率低的最常見的原因。由于其生理功能不健全，分化能力低，繼代和移栽多難成活。百合試管苗在不適宜的培養(yǎng)基中玻璃化比例最高可達82.4%，明顯影響生產(chǎn)效率［10］。

0.9 [0.01T+0.06(F-1)-0.13R-+0.006 A(52-U)] R<20，

U<21% <27% <33%<38% >70%>76% >82%

A 1.6 1.4 1.2 1.1 1.1 1.2 1.3

上式中T：日平均氣溫，F(xiàn)：平均風(fēng)力級，U：相對濕度，R：日降水量，A：放大系數(shù)。其它時間的氣象要素貢獻估算公式的形式此上式相似，主要是具體系數(shù)有所區(qū)別，公式略。

（7）火點貢獻因子

本市縣及其周邊（非純農(nóng)區(qū)）有2個火場加0.4級，有1個火場加0.2級。有一處孤立火點加0.05級，每增加一處加0.05級，最大為0.4級。

（8）植被類型訂正系數(shù)

林區(qū)的多種因子貢獻數(shù)值按100%取值，非林區(qū)的多種因子貢獻數(shù)值按85%取值，其它按93%取值。

（9）預(yù)報日風(fēng)力貢獻估算：（初步預(yù)報火險氣象等級-1）*0.06（F-0.5）

F為預(yù)報日平均風(fēng)力級數(shù)。

以上各因子對火險等級的貢獻估算值確定以后，即可得到預(yù)報日的森林火險預(yù)報等級。在實際業(yè)務(wù)中，我們進行了業(yè)務(wù)自動化建設(shè)，建成黑龍江省森林火險氣象等級預(yù)報系統(tǒng)，該系統(tǒng)從2007年春季開始，每日15:00運行。預(yù)報員可以根據(jù)獲得的多種信息做訂正，最后得到最終預(yù)報。

3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 預(yù)報模型功能設(shè)計

預(yù)報模型是在前期多因子林火預(yù)報等級的基礎(chǔ)上，進一步總結(jié)林火發(fā)生原理，結(jié)合黑龍江省季節(jié)特點，應(yīng)用綜合處理、分析氣象災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)獲取的氣象數(shù)據(jù)，修改完善多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報模型（見圖1）。

圖1 多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報模型功能圖

3.2 流程設(shè)計

多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報模型綜合考慮火災(zāi)發(fā)生地植被情況、前一年溫度和降水對植被、土壤的影響、前期天氣狀況及預(yù)報日的天氣形勢四個方面對火險等級的影響。每個大的方面都涉及一些具體的火險因子。

該模型共包括14個火險因子，即植被分布和防火季前期火災(zāi)狀況，前一年夏季降水和氣溫，前一年秋封地和秋季降水，旬積雪深度，春季植被返青，秋霜，前3個月氣溫和降水，前11～30 d氣溫、降水、風(fēng)力等級、濕度，前1～10 d氣溫、降水、風(fēng)力等級、濕度，前3 d氣溫、降水、風(fēng)力等級、濕度，預(yù)報日氣溫、濕度和降水總量，火點因子、預(yù)報日風(fēng)力調(diào)整等。通過對這14個火險因子的加權(quán)分析得到多因子綜合森林火險氣象等級(見圖2)。

圖2 多因子綜合森林火險氣象等級預(yù)報模型流程圖

4 小結(jié)

森林火險氣象等級預(yù)報軟件每日15：00運行。通過讀取實況氣象要素資料和國家氣象中心T213數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品自動輸出全省各縣的森林火險氣象等級。預(yù)報員可以根據(jù)獲得的多種信息做出訂正預(yù)報。業(yè)務(wù)運行結(jié)果表明，森林火險氣象等級預(yù)報與火災(zāi)發(fā)生的危險程度基本一致。春季，當(dāng)大小興安嶺林區(qū)森林火險等級上升到3級以上，之后5日內(nèi)若有升溫大風(fēng)且無降水，則可能發(fā)生重大森林火災(zāi)。

[1]傅澤強,陳動,王玉彬.大興安嶺森林火災(zāi)與氣象條件的相互關(guān)系.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報[J],2001,29

[2]傅澤強,戴爾阜.大興安嶺森林火險季節(jié)動態(tài)特征及其氣候條件分析.自然災(zāi)害學(xué)報[J],2001,10

[3]中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準 LY/T 1172-95全國森林火險天氣等級.1995

S762.2

A

1002-252X(2010)03-0018-03

2010-6-6

閆敏慧(1973-)，女，黑龍江省呼蘭縣人,成都信息工程學(xué)院畢業(yè)，理學(xué)學(xué)士學(xué)位，高級工程師.