秦嶺林區(qū)森林火災(zāi)撲救的最佳時間探討*

張劍云,王俊明,周恩強

秦嶺林區(qū)位于陜西省中南部,渭河和漢水之間,包括商洛地區(qū)全部,寶雞,西安,渭南,漢中,安康等地區(qū)(市)的大部或一部分。山高坡徒,石質(zhì)山場,森林茂密。有林地247.5萬hm2,占陜西省有林地總面積的54.01%,森林覆蓋率為46.5%。隨著天然林保護、退耕還林等林業(yè)六大重點工程的全面啟動,每年新造林面積巨增,森林覆蓋率逐年增長,防火戰(zhàn)線加長,林內(nèi)可燃物不斷增厚,火險等級提高,發(fā)生森林大火的危險增大。據(jù)秦嶺林區(qū)歷年森林火災(zāi)情況統(tǒng)計資料,森林火災(zāi)發(fā)生期主要集中在每年的l1月至翌年的5月底,高峰期在2～4月。這一時期天氣干旱和日照時間長,空氣干燥。特別是陽坡日照強,溫度高,蒸發(fā)快,林地上堆積著大量枯枝落葉,含水量低,一旦遇到火源,極易引起森林火災(zāi),這一段時間定為防火戒嚴期[1]。每年都要發(fā)生數(shù)十次森林火災(zāi),研究戒嚴期撲火技術(shù)很有必要。

1 秦嶺林區(qū)晨火的表現(xiàn)

據(jù)多年觀測,秦嶺林區(qū)經(jīng)過一夜低溫和相對較大的空氣濕度,早晨維持林火持續(xù)燃燒的可燃物溫度低、濕度大,早晨6:00火場一般是零星狀的點火或團火[2],林火主要圍繞枯樹根、清林帶、風(fēng)倒木和地表上栓皮燃燒;又由于山風(fēng)的作用,早晨6:00一般林火在溝底,蔓延速度緩慢,火勢弱,余火多在平緩處。秦嶺道路多是沿溪線,這時滅火難度小,事半功倍。是實現(xiàn)打早、打小、打了的關(guān)鍵所在。錯失這段撲救時間,隨森林小氣候的變化,林區(qū)局部地區(qū)溫差增大,水分蒸發(fā)增加,空氣相對濕度降低,地表溫度迅速升高,可燃物濕度變小,形成線狀、帶狀火龍,加之谷風(fēng)的作用,火災(zāi)向山梁和兩翼蔓延,撲火距離變遠,面積大,形成的脊火竄上懸崖,難以撲救。

2 林火撲救最佳時間的確定

撲火的最佳時間一般是地表溫度最低時到加劇回升前;可燃物濕度最大到迅速下降前;微風(fēng)到大風(fēng)吹起前;山風(fēng)(風(fēng)向由山頂向溝底,火頭向下發(fā)展)和靜風(fēng)期;天亮之后,有利撲救人員安全。這段時間火勢弱、蔓延慢,是直接滅火的最有利時期,人員、工具易于投入,安全程度高,一舉撲滅,事半功倍。

2.1 日氣溫加劇回升時間

溫度影響可燃物的著燃性,直接影響火災(zāi)擴散、燃燒速度等。空氣溫度對森林火災(zāi)的影響是多方面的。溫度越高,可燃物中水分蒸發(fā)和變干的速度越快,火災(zāi)發(fā)生的可能性越大。氣溫影響可燃物的著燃性,高溫還會促使火勢更加猛烈。林火發(fā)生最多的時間,大多是白天氣溫出現(xiàn)最高的時段。因為氣溫升高加速可燃物自身溫度升高、含水量變小,易接近燃點。在氣溫迅速回升前,撲滅余火,省時省力,效果最佳。從秦嶺地區(qū)3個主要地市代表性日氣溫變化曲線圖,可以確定較低氣溫在一天中的持續(xù)時間段和加劇回升時間:最低氣溫是夜晚2:00到早上7:00,早晨7:00后,氣溫迅速上升。秦嶺氣象資料也顯示一天中最低氣溫是凌晨2:00到日出前,最高氣溫在下午14:00左右。單從地表溫度看,秦嶺林區(qū)最佳撲火時間為晚上2:00到早上7:00。

圖1 秦嶺地區(qū)主要城市代表日氣溫變化

2.2 空氣濕度最大時間

空氣濕度是火險天氣中的關(guān)鍵因素。相對濕度增大,可燃物含水率也隨之增大。濕度不同,火勢蔓延快慢也不同。從圖2可以看出,秦嶺林區(qū)空氣相對濕度晚上20:00到早晨7:00最大,早晨7:00點后迅速下降。秦嶺山區(qū)降水量較大,溪流較多,空氣相對濕度一般早晨高于正午15%～20%,同時早晨植被多被晨露,含水率也大于正午時分,這與羅永忠、車克鈞等人得出的“森林可燃物含水率變化規(guī)律為活體可燃物含水率在早上8:00含水率較高 ,而到中午14:00含水率降到最低 ,死體可燃物其含水量在每日凌晨6:00～8:00最高,在中午12:00～14:00達到最低。早時8:00前氣溫低,空氣濕度高,地表植被含水率高”[3]結(jié)論一致,因此從空氣相對濕度方面考慮,晚上20:00到早晨7:00是撲滅林火的有利時機。

2.3 外界風(fēng)力最小時間

風(fēng)力大小與森林火災(zāi)的發(fā)生關(guān)系尤為密切,風(fēng)能改變熱對流,增加熱平流,風(fēng)速加大,可以加快熱量傳播速度,加速火勢蔓延。同時,風(fēng)還起加速蒸發(fā)、加快干燥,使未燃燒的可燃物蒸發(fā)變干和易燃,另外,可燃物燃燒后,通過風(fēng)帶來新鮮氧氣,起助燃作用,使火勢更旺,火花飛濺,影響火災(zāi)形狀,延伸火災(zāi)外形,擴大火災(zāi)面積,使地面火變?yōu)闃涔诨?。風(fēng)速趆大,火災(zāi)蔓延趆快。大風(fēng)天氣多,火災(zāi)頻次高。從圖3可以看出,秦嶺林區(qū)風(fēng)速早晨略比小于中午,12:00前后風(fēng)速增大。這是由于10:30之后,陽光的照射下,氣溫升高,容易產(chǎn)生較強的垂直運動對流,同時,暖濕空氣運動中遇到山坡被抬升,引起強烈對流,加大風(fēng)力。多年觀察結(jié)果也是秦嶺早晨無風(fēng)或微風(fēng),從正午12:00以后開始吹風(fēng)。

圖2 秦嶺地區(qū)主要城市代表日空氣濕度變化

2.4 秦嶺局地溝道自身風(fēng)向為山風(fēng)或靜風(fēng)期

在山區(qū),白天風(fēng)從山谷吹向山頂,稱為谷風(fēng);夜間風(fēng)從山頂吹向山谷,稱為山風(fēng)。夜間山坡上的空氣受山坡輻射冷卻影響,山谷“加熱爐”變成了“冷卻器”,空氣降溫較多;谷風(fēng)強,山風(fēng)弱。谷風(fēng)一般在日出后2～3 h出現(xiàn),并隨著氣溫的升高風(fēng)速加大,午后達到最大,之后隨著氣溫降低,風(fēng)速逐漸減小,直至日落前 1～2 h,谷風(fēng)平息,山風(fēng)代之而起,這樣周而復(fù)始,使得山頂晝夜有風(fēng),終年不斷。尤其在夏季,谷風(fēng)、山風(fēng)愈加明顯。谷風(fēng)平均速度約2～4 m·s-1,有時可達7～10 m·s-1。夜晚,山風(fēng)把水汽從山上部帶入谷地,使得山上部空氣濕度減小,谷地空氣濕度增加。張耀存的研究表明[4],山風(fēng)在20:00以后開始形成,并隨著近地層空氣逐漸變冷,風(fēng)速也逐漸增強,到夜間3:00左右山風(fēng)強度達到最大,之后基本上維持這種環(huán)流形式直到日出后轉(zhuǎn)換成谷風(fēng),這一過渡階段正是山風(fēng)逐漸減弱,谷風(fēng)逐步建立的過程,水平流場表現(xiàn)為紊亂的流型。從表1可以看出,秦嶺火災(zāi)易發(fā)季節(jié)(11月初到下年5月中旬),谷風(fēng)形成時間1月份一般在10:30以后,11月、12月、3月在10:00以后,4月份、5月份在9:30以后。撲滅靜風(fēng)火、山風(fēng)火相對省時省力。在晴朗的白天,谷風(fēng)把溫暖的空氣向山上部輸送,使之氣溫升高,并把谷地水汽帶到上部使空氣濕度增加,谷地的空氣濕度減小,這種現(xiàn)象,在中午時段特別顯著。因此,撲火最好在中午前。

2.5 天亮?xí)r間

從安全角度出發(fā),天亮?xí)r撲火主力人員到達火點附近,投入撲救,最為理想。從秦嶺天亮?xí)r間(表2)考慮,11月份、2月份、3月份撲火主力人員到達火點附近時間最好在早晨7:00,12月份、1月份在7:30,4月份在6:00,5月份在5:30左右。

圖3 秦嶺地區(qū)主要城市代表日風(fēng)速風(fēng)向變化

表1 秦嶺日出時間

表2 秦嶺天亮?xí)r間表

3 結(jié)論

(1)秦嶺山區(qū)氣溫回升時間是早晨7:00前,濕度降低是早晨7:00后,微風(fēng)或小風(fēng)在12:00前,山風(fēng)期或靜風(fēng)期1月份在10:30以后,11月、12月、3月在10:00以后,4月份、5月份在 9:30以后;天亮?xí)r間是11月份、2月份、3月份為7:00,12月份、1月份在7:30,4月份在6:00,5月份在5:30左右。秦嶺林區(qū)每天最佳撲火時間為3～4 h。

(2)從每日氣象因子變化規(guī)律上來看,早晨10:00前,溫度低、風(fēng)力小、濕度大、植物和地被物含水率高、風(fēng)向有利、火勢保持夜火特色,成零星狀的點火或團火,火勢小、蔓延速度慢,是打早打小的好時機,從安全角度,天亮以后才有保證。因此,最佳撲救時間是每日天亮到10:00前。

[1] 李先敏.陜西秦嶺地區(qū)森林火災(zāi)相關(guān)性分析[J].森林防火,2005,(3):22-23.

[2] 王秀麗,崔衛(wèi)軍,王俊明.秦嶺森林火災(zāi)撲救的經(jīng)驗和教訓(xùn)[J].陜西林業(yè)科技,2008,(3):77-79.

[3] 羅永忠,車克鈞.祁連山林區(qū)森林可燃物含水率變化規(guī)律研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,(2):239-244.

[4] 張耀存.植被對山谷風(fēng)環(huán)流形成與演變過程影響的數(shù)值試驗[J].氣象科學(xué),1995,(3):245-253.

[5] 盛志行.科學(xué)規(guī)避森林火場風(fēng)險的探討[J].森林防火,2011,(1):12-14.