小興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律及林火天氣等級(jí)模型的建立

賀敬，張庚輝，王國(guó)軍

（1.伊春市氣象局,黑龍江伊春 153000;2.黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱 150030）

小興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律及林火天氣等級(jí)模型的建立

賀敬1，張庚輝2，王國(guó)軍1

（1.伊春市氣象局,黑龍江伊春 153000;2.黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱 150030）

使用實(shí)際資料分析了1960～2009年伊春林火發(fā)生年代際變化特征,指出20世紀(jì)60、70年代森林火災(zāi)次數(shù)頻發(fā),進(jìn)入21世紀(jì)后,特大森林火災(zāi)次數(shù)增多。考慮到氣溫、降水、濕度和風(fēng)的變化特征,構(gòu)建了伊春林火天氣等級(jí)模型,并進(jìn)行了25 a的林火天氣等級(jí)計(jì)算及分析。

森林火災(zāi);規(guī)律;林火天氣等級(jí)模型

1 引言

自本世紀(jì)以來(lái),由于黑龍江省一直維持氣溫偏高,降水偏少,干旱頻發(fā),高火險(xiǎn)天氣等級(jí)出現(xiàn)的日數(shù)大大增加的特點(diǎn),為林火的發(fā)生提供了良好的外部環(huán)境條件。大、小興安嶺、黑河森林特大火災(zāi)不斷,防火形勢(shì)不容樂(lè)觀。為防止和減少森林火災(zāi)的發(fā)生,首先要做好森林火災(zāi)的預(yù)防工作。做好森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)預(yù)報(bào)工作,首先做好科學(xué)的劃分火險(xiǎn)天氣等級(jí)指數(shù);這方面的工作已有的單位和林火、氣象專家研究過(guò)[1-4]。但他們大多考慮影響林火發(fā)生的因子太多或太少;因子太多,操作起來(lái)麻煩,因子太少又不能更好全面反映林火發(fā)生的外部環(huán)境條件。本文用小興安嶺林火天氣等級(jí)模型進(jìn)行了實(shí)際防火期的計(jì)算,效果很好。另外,本文還進(jìn)行了森林火災(zāi)形勢(shì)與小興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律的分析。所使用資料,來(lái)自黑龍江省防火辦和黑龍江省氣象臺(tái)。

2 森林火災(zāi)形勢(shì)

我國(guó)平均每年發(fā)生森林火災(zāi)1,43萬(wàn)次,占世界火災(zāi)次數(shù)的14%;其中大、小興安嶺平均每年發(fā)生森林火災(zāi)30次,為我國(guó)森林火災(zāi)高發(fā)區(qū)之一。1980～2006年黑龍江省林區(qū)共發(fā)生特大森林火災(zāi)37次（按過(guò)火林地面積>3 4000km2）,特別是進(jìn)入21世紀(jì)后,特大森林火災(zāi)次數(shù)增多,黑龍江連續(xù)干旱，大、小興安嶺、黑河則森林大火不斷。2003年春季黑龍江省北部林區(qū)從3～6月林火不斷，共發(fā)生了232起，過(guò)火面積近80萬(wàn)hm2。2005年秋季北部林區(qū)發(fā)生了42起森林火災(zāi)，過(guò)火面積13萬(wàn)余hm2，主要發(fā)生在9月27日～10月10日、10月23日～11月1日2個(gè)時(shí)段，這2個(gè)時(shí)段森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)占總的86%，占總過(guò)火面積的99%。2006年5月下旬大興安嶺、黑河森林大火；特別是2007年全省春夏連旱，造成森林大火多發(fā)，如5月上旬大興安嶺森林大火；5月下旬大興安嶺、黑河大火；實(shí)屬罕見(jiàn)的盛夏8月（15～20日）黑河臥都河因干雷暴引起的森林大火；少見(jiàn)的秋季10月上旬伊春烏伊嶺大火。2009年春季嚴(yán)重干旱,4月27日至5月7日黑河,伊春發(fā)生森林大火;2010年大興安嶺,6月高溫少雨特別是進(jìn)入下旬35℃高溫?zé)o雨持續(xù)多日,于28日由于雷擊造成呼中森林大火（6月28～7月2日）。

3 森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律

森林火災(zāi)的發(fā)生不外呼有兩種情況,一種是人為造成,機(jī)車噴火,隨地扔煙頭,燒荒;另一種是自然現(xiàn)象,雷擊火造成。以小興安嶺伊春為代表的春季林火次數(shù)的變化見(jiàn)圖1表1。

圖1 伊春市春季逐年森林火災(zāi)次數(shù)

表1 伊春市年代際森林火災(zāi)次數(shù)

20世紀(jì)60、70年代森林火災(zāi)次數(shù)頻發(fā)，占50 a發(fā)生總次數(shù)的58%，尤其70年代火災(zāi)次數(shù)達(dá)488次，遠(yuǎn)高于多年平均（300次/10 a）188次。90年代發(fā)生次數(shù)最少，僅有93次，占50年發(fā)生總次數(shù)的6%；本世紀(jì)的10 a中森林火災(zāi)大有上升趨勢(shì)，達(dá)225次，占50 a發(fā)生總次數(shù)的15%；，而且火災(zāi)面積大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，損失之慘重都是空前的,前面已說(shuō)不在贅述。未來(lái)隨著全球氣候變暖這個(gè)大環(huán)境背景下，森林火災(zāi)仍然是多發(fā)趨勢(shì)，防火形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。

4 森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)模型的建立

4.1 模型建立的原理

外部環(huán)境條件包括大氣中的氣溫、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、云量及日照時(shí)數(shù)，因?yàn)樯鲜龅囊兀苯踊蜷g接影響著森林內(nèi)的枯枝、落葉、枯立木、采伐殘物及林緣雜草等的干旱程度。它們的干旱程度直接影響著火速度和蔓延。其中氣溫因子,溫度直接影響燃料的著火性，燃料達(dá)到發(fā)火點(diǎn)所需要的熱量，依賴于燃料及周圍空氣的初始溫度。另外溫度越高,輻射熱和熱傳導(dǎo)越強(qiáng),蔓延越快?？諝鉂穸?是林火發(fā)生的制約因子?？諝鉂穸仍酱罂扇嘉镌讲灰兹紵?濕度越小可燃物著火越易燃燒,速度也快,林火發(fā)生次數(shù)與濕度變化遵從負(fù)指數(shù)增長(zhǎng)。風(fēng)速對(duì)火災(zāi)的影響,近地面的風(fēng)受到起伏地形和局地增熱冷卻的影響。風(fēng)對(duì)火災(zāi)的影響是多方面的，它加速樹(shù)木燃燒的干化，為燃著的木頭助燃。把熱量和余燼帶到新的燃料上，使火災(zāi)擴(kuò)散。風(fēng)速越大，火災(zāi)擴(kuò)散的面積就越大。因此考慮上述氣象因子,制定森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)指數(shù)。

4.2 模型的建立

（1）計(jì)算各項(xiàng)指數(shù)

模型考慮的各項(xiàng)因子為當(dāng)天14:00氣溫T14、相對(duì)濕度H14、風(fēng)速F14及當(dāng)天降水量R,先對(duì)4個(gè)因子單獨(dú)計(jì)算火險(xiǎn)指數(shù)如下表2。

表2 火險(xiǎn)級(jí)別及指數(shù)

計(jì)算方法為：把各因子邊界值代入f（x）=（1+aebx）-1，確定a、b值，根據(jù)當(dāng)日T14、H14、F14、R取值范圍代入對(duì)應(yīng)的f（x）=（1+ aebx）-1中確定指數(shù)值。然后計(jì)算林火綜合指數(shù)即為森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)模型：

對(duì)于因子值不屬于上表范圍內(nèi)的，規(guī)定如下：

如果T14<2，則f（T14）=0；如果T14>30，則f（T14）=100。

如果H14>90，則f（H14）=0；如果H14<2，則f（H14）=100。

如果f14<0.4，則f（F14）=0；如果F14>17.2，則f（F14）=100。

如果R<0.3，則f（R）=60、如果R>10，則f（R）=0。

（2）修正

①降水訂正：考慮前3 d降水，當(dāng)日降水計(jì)算式為R=R0+R-1/e+R-2/e2+R-3/（1.5×e3）

R0為當(dāng)日降水，R-1為前1 d降水，R-2為前第2 d降水，R-3為前第3 d降水。

當(dāng)前3 d每天降水均少于0.3 mm時(shí)，f（R）值加30；當(dāng)前2 d每天降水均少于0.3 mm，前第3 d降水均多于0.3 mm時(shí)，f（R）值加20；當(dāng)前1 d降水少于0.3 mm，前第2 d降水多于0.3 mm時(shí)，f（R）值加10。

②齊齊哈爾、大慶、哈爾濱、牡丹江地區(qū)，5月如果WI范圍屬于3、4級(jí)，則WI值減5，WI屬于5級(jí)則減10；6月如果WI值范圍大于等于3級(jí)，則減10。其它地區(qū)，6月如果WI值屬于3、4級(jí)，則減5；WI值屬于5級(jí)，則減10。

③如果T14<-5.0℃，火險(xiǎn)等級(jí)降兩級(jí)；-5.0℃≤T14≤5.0℃，火險(xiǎn)等級(jí)降一級(jí)，直至火險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí)。

根據(jù)上面林火指數(shù)模型,我們算出伊春1981～2005年共25 a春防期（3月1日至6月30日）火險(xiǎn)指數(shù)。將各月逐日計(jì)算的火險(xiǎn)指數(shù)轉(zhuǎn)成火險(xiǎn)等級(jí)，并計(jì)算逐月≥4級(jí)火險(xiǎn)次數(shù)，最后統(tǒng)計(jì)25 a中逐年春防期≥4級(jí)火險(xiǎn)次數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖2。1987年至1993年春防期高火險(xiǎn)次數(shù)較歷年偏多（歷年值32次）,而后1994年至2000年高火險(xiǎn)次數(shù)處在較少期,2001年至2005年處在高火險(xiǎn)次數(shù),多、少波動(dòng)期。這與圖1中1981～2005年林火發(fā)生次數(shù)變化趨勢(shì)基本一致,春防期≥4級(jí)火險(xiǎn)天氣次數(shù)與林火發(fā)生次數(shù)之間相關(guān)系數(shù)達(dá)0.50,通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)。因此在春防期一旦出現(xiàn)高火險(xiǎn)天氣,就有很大可能發(fā)生森林火災(zāi)。

圖2 1981～2005 a逐年春防期≥4級(jí)火險(xiǎn)天氣次數(shù)

5 小結(jié)

通過(guò)1960～2009年實(shí)際林火監(jiān)測(cè)資料與1981～2005年≥4級(jí)逐年火險(xiǎn)天氣次數(shù)分析表明,進(jìn)入21世紀(jì)后隨著全球氣候變暖這個(gè)大環(huán)境背景下，高火險(xiǎn)天氣形勢(shì)和森林火災(zāi)仍然是多發(fā)趨勢(shì)，防火形勢(shì)將更加嚴(yán)峻,因此高度注意森林火災(zāi)的發(fā)生。本文還結(jié)合了林火發(fā)生的外部環(huán)境因子,研制了林火天氣等級(jí)模型,對(duì)于森林火災(zāi)的發(fā)生與蔓延的預(yù)報(bào)有很大意義。

[1]傅澤強(qiáng),陳動(dòng),王玉彬.大興安嶺森林火災(zāi)與氣象條件的相互關(guān)系［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,29（1）:12～15.

[2]傅澤強(qiáng),戴爾阜.大興安嶺森林火險(xiǎn)季節(jié)動(dòng)態(tài)特征及其氣候條件分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2001,10（4）:113～116.

[3]中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LYT 1172-95全國(guó)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)［S］.1995.

[4]張尚印,祝昌漢,高歌,等.森林火災(zāi)天氣等級(jí)確定及監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方法[J].氣象科技,2001,（2）:45～48.

S762

B

1002－252X（2011）02－0021－02

2011－3－6

賀敬（1973-），女，黑龍江省五常市人，齊齊哈爾大學(xué)，本科生，工程師.