氣象因子對(duì)云南大理森林火災(zāi)的影響

周明昆，王永平，高月忠

(大理州氣象局，云南 大理 671000)

1 引言

森林是林木、伴生植物、動(dòng)物及其與環(huán)境的綜合體，森林與所在空間的非生物環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成完整的生態(tài)系統(tǒng)。森林是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是全球生物圈中重要的一環(huán)。它是地球上的基因庫(kù)、碳貯庫(kù)、蓄水庫(kù)和能源庫(kù)，對(duì)維系整個(gè)地球的生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用，是人類賴以生存和發(fā)展的資源和環(huán)境。近幾十年來(lái)，隨著氣候變暖以及林區(qū)用火增多，森林火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)和災(zāi)害損失都呈明顯的上升趨勢(shì)，森林火災(zāi)已成為對(duì)森林資源影響最大的災(zāi)害［1］。

大理州地處云貴高原與橫斷山脈南端結(jié)合部，山地面積占國(guó)土面積的90%以上，森林覆蓋率約為58%。大理州冬春季氣溫高、降水少、風(fēng)力大，極易發(fā)生森林火災(zāi)。由于森林面積大，大理州森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)多，災(zāi)害損失嚴(yán)重。據(jù)研究森林火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)和災(zāi)害損失程度都與氣象因子有著密切的關(guān)系，因此進(jìn)一步研究氣象因子對(duì)森林火災(zāi)影響的規(guī)律對(duì)森林火災(zāi)預(yù)報(bào)和撲救有著重要的指導(dǎo)意義。國(guó)外最早在20 世紀(jì)初就開(kāi)始研究氣象因子對(duì)森林火災(zāi)的影響，并建立了利用氣象因子進(jìn)行森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)模型。我國(guó)是20 世紀(jì)50年代以后才開(kāi)始這方面的研究，進(jìn)入21 世紀(jì)后，多級(jí)氣象部門(mén)開(kāi)始發(fā)布“森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)”，為此對(duì)我國(guó)森林火災(zāi)的發(fā)生和火險(xiǎn)預(yù)報(bào)規(guī)律進(jìn)行了廣泛、深入的研究，取得了較大進(jìn)展。許東蓓等［2］分析了甘肅省林區(qū)氣候特征及其與森林火險(xiǎn)的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)在氣溫高、濕度大、降水量多、干旱指數(shù)高的季節(jié)，火災(zāi)發(fā)生率較低，而在天氣寒冷、空氣干燥、降水量稀少、干旱指數(shù)低的季節(jié)，火災(zāi)發(fā)生率較高。邱泉成等［3］對(duì)閩北林區(qū)森林火災(zāi)與氣象因子的研究分析中指出森林火災(zāi)的發(fā)生與相對(duì)濕度、蒸發(fā)量、溫度日較差和降水量有密切的關(guān)系。姚源山等［4］在對(duì)黔東南森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)的研究中指出氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和連續(xù)無(wú)雨日數(shù)對(duì)黔東南森林火災(zāi)的發(fā)生有明顯影響。韓姍姍等［5］對(duì)榆林市森林火險(xiǎn)與氣象條件的研究中指出降水、相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速與森林火險(xiǎn)密切相關(guān)。朱壽燕等［6］在對(duì)臺(tái)州市森林火災(zāi)的研究分析中指出隨最低氣溫降低，森林火災(zāi)次數(shù)概率出現(xiàn)極明顯的增加;最小相對(duì)濕度能較好地反映天氣的干燥情況，可以作為森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)的主要依據(jù)之一;風(fēng)速、降水、日照等與森林火災(zāi)次數(shù)、過(guò)火面積沒(méi)有顯著的相關(guān)性。從國(guó)內(nèi)森林火災(zāi)與氣象因子的研究中可以發(fā)現(xiàn)氣象因子對(duì)森林火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展有密切的關(guān)系，但影響森林火災(zāi)的氣象因子地區(qū)間存在顯著差異，因此，要實(shí)現(xiàn)大理州森林火險(xiǎn)等級(jí)精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)就必須深入分析影響大理州森林火險(xiǎn)等級(jí)的主導(dǎo)氣象因子。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源

大理州2001年～2010年發(fā)生的471 起森林火災(zāi)資料由大理州防火辦提供，主要包括火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。氣象資料選用同期各縣(市)氣象站的逐日資料，主要包括降水量、平均氣溫、最高氣溫、平均相對(duì)濕度、最大相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

2.2 分析方法

分析大理州2001年～2011年間的471 起火災(zāi)的時(shí)間分布特征，并深入研究對(duì)應(yīng)時(shí)間和地點(diǎn)的氣候條件，找出與森林火險(xiǎn)關(guān)系密切的氣象因子，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各因子與森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性的顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林火災(zāi)的時(shí)間分布及對(duì)應(yīng)的氣候特征

對(duì)大理州2001年～2010年火災(zāi)次數(shù)及對(duì)應(yīng)氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1。在分析的471 起火災(zāi)數(shù)據(jù)中有470 起發(fā)生在1月～6月上旬，1 起發(fā)生在12月上旬。2月上旬～5月中旬是大理州森林火災(zāi)高發(fā)期，期間發(fā)生的火災(zāi)占總量的93%，其中3月上旬～4月上旬火災(zāi)最為集中，占總量的55%。1月～4月是大理州的干季，氣候特征主要表現(xiàn)為降水少、濕度小、風(fēng)力大、氣溫日較差大。進(jìn)入5月以后雨量增多，濕度增大，風(fēng)力和氣溫日較差減小。對(duì)大理州2001年～2010年1月～6月氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(如圖1)，結(jié)果顯示降水量1月～6月逐月遞增;相對(duì)濕度1月～3月遞減，3月最小，3月后又遞增;平均氣溫1月～6月逐月遞增;平均風(fēng)速1月～2月遞增，3月風(fēng)速有所減小，4月風(fēng)速最大，5月后風(fēng)速遞減。從圖1 上直觀的看，森林火災(zāi)次數(shù)與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速呈正相關(guān)，與平均氣溫和降水量沒(méi)有明顯的相關(guān)性。

圖1 2001年～2010年大理州火災(zāi)次數(shù)和氣象要素的月際分布

2004年3月是統(tǒng)計(jì)時(shí)段中森林火災(zāi)最多的月份，全月全州發(fā)生森林火災(zāi)48 起，其中3月中旬發(fā)生森林火災(zāi)21 起，而隨后的2004年4月全月全州只發(fā)生森林火災(zāi)1 起，對(duì)2004年1月～4月氣象條件進(jìn)行深入分析，從氣象方面能對(duì)相鄰兩個(gè)月火災(zāi)次數(shù)的較大差異進(jìn)行一定解釋。2004年1月～3月降水持續(xù)偏少，特別是2月～3月中旬全州降水特少，12個(gè)氣象站中累計(jì)降水有1個(gè)站為5 mm，2個(gè)站為2 mm，5個(gè)站為1 mm，4個(gè)站無(wú)降水。進(jìn)入4月以后4月1日為多云天氣，4月2日全州出現(xiàn)降水，整個(gè)4月全州降水36 mm～100 mm，降水特多，且主要集中在上中旬。2004年1月～2月氣溫正常，3月氣溫特高，各站氣溫較常年偏高2.0℃～3.6℃，4月氣溫正常略低。2004年1月～4月全州平均月相對(duì)濕度分別為63%，54%，51%，66%;全州平均月風(fēng)速分別為2.4 m·s－1，2.5 m·s－1，3.0 m·s－1，2.4 m·s－1。從以上數(shù)據(jù)可看出2004年1月～3月累計(jì)降水異常偏少，3月氣溫特高、濕度小、風(fēng)速大;4月降水特多，氣溫偏低，濕度增大，風(fēng)速減小。從2004年3月和4月的個(gè)例分析中可以看出氣溫和風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)呈正相關(guān)，降水和相對(duì)濕度與森林火災(zāi)次數(shù)呈負(fù)相關(guān)，降水對(duì)森林火災(zāi)的影響是一個(gè)累積過(guò)程，降水持續(xù)偏少導(dǎo)致森林火災(zāi)增加，一旦出現(xiàn)明顯的有效降水則森林火災(zāi)明顯減少。

為了分析一天之中氣象因子對(duì)森林火災(zāi)的影響規(guī)律，選用2010年3月中旬大理市下關(guān)鎮(zhèn)自動(dòng)氣象站正點(diǎn)平均氣象資料與火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。由于火災(zāi)大多發(fā)生在晴天，因此選用的樣本(2010年3月中旬)也都為晴天。一天中火災(zāi)次數(shù)的時(shí)間分布和氣象要素的變化如圖2 所示。從一天中火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間看，16 時(shí)發(fā)生的火災(zāi)最多，占總數(shù)的18.3%，22 時(shí)至次日07 時(shí)火災(zāi)較少，只占總數(shù)的4.7%，從0 時(shí)至16 時(shí)火災(zāi)次數(shù)遞增，16 時(shí)至23 時(shí)火災(zāi)次數(shù)遞減，其中12 時(shí)至19 時(shí)發(fā)生的火災(zāi)占總數(shù)的80.7%。平均氣溫08 時(shí)最低，16 時(shí)、17 時(shí)最高，08時(shí)至16 時(shí)氣溫遞增，17 時(shí)至次日08 時(shí)氣溫遞減。風(fēng)速的變化曲線有兩個(gè)波峰和波谷，波峰出現(xiàn)在01時(shí)和16 時(shí)，波谷出現(xiàn)在08 時(shí)和21 時(shí)。相對(duì)濕度08時(shí)最大，17 時(shí)最小，08 時(shí)至17 時(shí)相對(duì)濕度遞減，17時(shí)至次日08 時(shí)相對(duì)濕度遞增。從圖2 上可以直觀的看出火災(zāi)次數(shù)與氣溫和風(fēng)速呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。

圖2 一天中火災(zāi)和氣象要素的時(shí)間分布

3.2 森林火災(zāi)次數(shù)與氣象因子的相關(guān)性分析

從森林火災(zāi)的時(shí)間分布及對(duì)應(yīng)氣候特征的分析中可以看出氣溫、降水、相對(duì)濕度、風(fēng)速對(duì)森林火災(zāi)的發(fā)生有明顯的影響，為了進(jìn)一步確定對(duì)森林火災(zāi)有明顯影響的氣象因子，對(duì)森林火災(zāi)次數(shù)與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析。云龍縣是大理州火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的縣份，因此選用云龍縣2001年～2010年1月～5月火災(zāi)次數(shù)與對(duì)應(yīng)的氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，由于資料不完整，日最大風(fēng)速和旬、月平均最大風(fēng)速數(shù)據(jù)只用到2007年～2010年的數(shù)據(jù)。

3.2.1 月火災(zāi)次數(shù)與氣象因子的相關(guān)性

選用當(dāng)月和上月的平均氣溫、平均最高氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度、平均最小相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、平均最大風(fēng)速7個(gè)氣象因子與火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明月火災(zāi)次數(shù)與上月的氣象因子沒(méi)有顯著的相關(guān)性，與當(dāng)月的平均氣溫和降水量也沒(méi)有顯著的相關(guān)性，與平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度、平均最小相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、平均最大風(fēng)速都顯著相關(guān)，當(dāng)月氣象因子與月森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性見(jiàn)表1。

表1 當(dāng)月氣象因子與月森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性分析

表1 的相關(guān)性分析用的氣象數(shù)據(jù)是2001年～2010年的氣象數(shù)據(jù)，由于平均最大風(fēng)速數(shù)據(jù)只有2007年～2010年的數(shù)據(jù)，對(duì)2007年～2010年的月平均風(fēng)速、月平均最大風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，月平均最大風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.467，通過(guò)0.05 水平的顯著性檢驗(yàn)，月平均風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)不顯著相關(guān)。從以上分析看出火災(zāi)次數(shù)與當(dāng)月降水量沒(méi)有明顯的相關(guān)性，與氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速都顯著相關(guān)，其中與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性平均最高氣溫高于平均氣溫，平均相對(duì)濕度高于平均最小相對(duì)濕度，平均最大風(fēng)速高于平均風(fēng)速。綜合分析對(duì)月火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是月平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度和平均最大風(fēng)速。

3.2.2 旬火災(zāi)次數(shù)與氣象因子的相關(guān)性

對(duì)旬火災(zāi)次數(shù)與當(dāng)旬氣象因子的相關(guān)性分析結(jié)果表明火災(zāi)次數(shù)與旬平均氣溫和降水量不相關(guān)，與旬平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度、平均最小相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、平均最大風(fēng)速顯著相關(guān)，各因子的相關(guān)性分析見(jiàn)表2。

表2 當(dāng)旬氣象因子與森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性分析

對(duì)2007年～2010年的旬平均風(fēng)速、旬平均最大風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，旬平均最大風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.343，通過(guò)0.01 水平的顯著性檢驗(yàn)，旬平均風(fēng)速與森林火災(zāi)次數(shù)不顯著相關(guān)。用前兩旬(上旬和當(dāng)旬)的氣象數(shù)據(jù)與當(dāng)旬火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行相關(guān)相分析，結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)與表2 的對(duì)比發(fā)現(xiàn)前兩旬的累計(jì)降水量和平均最小相對(duì)濕度與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性高于當(dāng)旬，其他因子的相關(guān)性低于當(dāng)旬。

表3 前兩旬旬氣象因子與當(dāng)旬森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性分析

綜合分析對(duì)旬火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是當(dāng)旬平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度和平均最大風(fēng)速以及前兩旬的累計(jì)降水量。

3.2.3 日火災(zāi)次數(shù)與氣象因子的相關(guān)性

逐日火災(zāi)次數(shù)由于樣本過(guò)多，為了能突出重點(diǎn)，選用2001年～2010年森林火災(zāi)高發(fā)期的3月和4月的逐日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 當(dāng)日氣象因子與森林火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性分析

分析結(jié)果表明日火災(zāi)次數(shù)與當(dāng)日的平均氣溫和降水量不顯著相關(guān)，與當(dāng)日最高氣溫、平均相對(duì)濕度、最小相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速都顯著相關(guān)。對(duì)2007年～2010年3月和4月逐日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)日最大風(fēng)速與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性高于日平均風(fēng)速。對(duì)當(dāng)日以前1日～30日累計(jì)氣象因子與當(dāng)日火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)分析表明當(dāng)日的最高氣溫、平均相對(duì)濕度、最小相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性高于對(duì)應(yīng)的累計(jì)因子，前8日～30日的累計(jì)降水量都與當(dāng)日火災(zāi)次數(shù)顯著相關(guān)，其中前11日～30日的累計(jì)降水量與當(dāng)日火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01 水平顯著性檢驗(yàn)，其中相關(guān)性最好的是前15日的累計(jì)降水量。綜合分析對(duì)日火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是最高氣溫、前15日累計(jì)降水量、平均相對(duì)濕度和最大風(fēng)速。

4 小結(jié)

(1)氣溫、降水、相對(duì)濕度和風(fēng)速與大理州森林火災(zāi)次數(shù)有明顯的相關(guān)性，氣溫、風(fēng)速與火災(zāi)次數(shù)呈正相關(guān)，降水、相對(duì)濕度與火災(zāi)次數(shù)呈負(fù)相關(guān)。與森林火災(zāi)次數(shù)相關(guān)性較好的因子是相對(duì)濕度和風(fēng)速，氣溫和降水相對(duì)較差。與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性最高氣溫高于平均氣溫，平均相對(duì)濕度高于最小相對(duì)濕度，最大風(fēng)速高于平均風(fēng)速。

(2)對(duì)大理州月森林火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的因子為月平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度和平均最大風(fēng)速;對(duì)旬森林火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的因子為旬平均最高氣溫、平均相對(duì)濕度和平均最大風(fēng)速以及前兩旬的累計(jì)降水量;對(duì)日森林火災(zāi)次數(shù)有顯著指示意義的因子為日最高氣溫、平均相對(duì)濕度、最大風(fēng)速和前15日累計(jì)降水量。

(3)降水對(duì)森林火災(zāi)的影響是一個(gè)累計(jì)過(guò)程，降水持續(xù)偏少導(dǎo)致森林火災(zāi)增加，一旦出現(xiàn)明顯的有效降水則森林火災(zāi)明顯減少，當(dāng)日森林火災(zāi)的易發(fā)程度前8日～30日的累計(jì)降水量都顯著相關(guān)，與前15日累計(jì)降水量的相關(guān)性最好。

(4)本文分析的是氣象因子與火災(zāi)次數(shù)的相關(guān)性，火災(zāi)次數(shù)直接反映了森林火險(xiǎn)等級(jí)，因此用本文分析中顯著相關(guān)的氣象因子進(jìn)行森林火險(xiǎn)等級(jí)天氣預(yù)報(bào)是可行的。

(5)本文的分析沒(méi)用考慮物候季節(jié)變化對(duì)森林火災(zāi)的影響，實(shí)際中氣象要素和森林地面覆蓋物的含水率隨物候季節(jié)有明顯的變化，物候季節(jié)的變化對(duì)森林火災(zāi)的發(fā)生有顯著影響，用氣象因子進(jìn)行森林火險(xiǎn)等級(jí)天氣預(yù)報(bào)時(shí)需加入物候季節(jié)指數(shù)訂正。

［1］周廣勝，盧琦.氣象與森林草原火災(zāi)［M］.氣象出版社.3.

［2］許東蓓，蒲肅，黃玉霞，等.甘肅省林區(qū)氣候特征及其與森林火險(xiǎn)的關(guān)系［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36(2):97～103.

［3］邱泉，曹李興，曹頂富，等.閩北林區(qū)森林火險(xiǎn)等級(jí)中期預(yù)測(cè)方法［J］.森林防火，2011(6):24～28.

［4］姚源山，彭興德，蒙濤.黔東南森林火險(xiǎn)氣象預(yù)報(bào)方法［J］.貴州氣象，2003(6):15～17.

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［6］朱壽燕，王秀珍，羅家進(jìn).浙江省臺(tái)州市森林火災(zāi)與氣象條件關(guān)系分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30(增1):157～158.