森林火險預(yù)報研究進展1）

曾偉，劉祥鳳，楊龍光

（1.江西省林業(yè)科學(xué)院，南昌 330032；2.江西省井岡山市廈坪林場；3.江西省井岡山市拿山林場）

1 世界森林火災(zāi)概述

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球變化中發(fā)揮著十分重要的作用，并為人類的生產(chǎn)生活提供了賴以生存的環(huán)境和物質(zhì)基礎(chǔ)。近幾十年來，世界范圍的人口膨脹，工業(yè)化進程加快，人類活動的加劇，加上全球氣候的異常變化，導(dǎo)致世界森林火災(zāi)不斷發(fā)生。森林資源的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展已成為世界各國關(guān)注的焦點，預(yù)防森林火災(zāi)和減緩森林火災(zāi)的影響越來越受到各國的普遍重視。全世界每年發(fā)生森林火災(zāi)幾十萬次，受災(zāi)面積達幾百萬公頃，約占森林總面積的0.1%。20世紀80～90年代以來，隨著全球氣候變暖，森林火災(zāi)有上升的趨勢，雖然各國的森林防火費用不斷增加，但森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和森林火災(zāi)面積并沒有明顯減少。特別是20世紀90年代后期，世界災(zāi)難性森林大火明顯增多，數(shù)百萬公頃熱帶森林被毀，嚴重破壞了全球的生態(tài)系統(tǒng)平衡，并增加了大氣中二氧化碳等溫室氣體含量。同時，嚴重的森林火災(zāi)還引起了土壤的荒漠化，并對全球的經(jīng)濟產(chǎn)生巨大影響。

我國是一個森林火災(zāi)頻繁發(fā)生且森林資源相對匾乏的國家。落后的森林防火技術(shù)手段和薄弱的基礎(chǔ)設(shè)施嚴重制約了森林防火工作的進展，并給人民生命財產(chǎn)和生存環(huán)境帶來巨大的破壞。據(jù)統(tǒng)計，1950～1997年全國共發(fā)生森林火災(zāi)67.6萬次，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)1.43萬次，累計森林受災(zāi)面積為3645.6萬hm2，占我國森林面積的29.4%，森林年均受災(zāi)面積82.2萬hm2，年均森林受害率達0.63%，并給國家造成70～100億元的直接經(jīng)濟損失。近年來，我國森林火災(zāi)呈上升趨勢。進入21世紀后，我國森林防火形勢一直處于嚴峻的狀態(tài)［1］。鑒于我國森林資源的實際狀況和森林火災(zāi)的嚴重危害性，加強森林火險預(yù)測預(yù)報工作，對于提高我國的森林覆蓋、保護生態(tài)環(huán)境和人民生命財產(chǎn)安全，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 火險預(yù)報研究歷程

在林火管理工作中，人們已意識到發(fā)展具有預(yù)報能力的火險等級系統(tǒng)的重要性。森林火險預(yù)報研究從20世紀20年代開始，迄今已有80余年的歷史，在世界各國發(fā)展很快。其中，美國和加拿大是開展森林火險研究最早、取得研究成果最多的國家［2］。1914年，美國的道鮑思（Coett Dubois）在加利福尼亞森林系統(tǒng)林火預(yù)報（Systematic Fire prediction in California Forests）文章中最早提出了關(guān)于林火預(yù)報的概念，但道鮑思僅給出了森林火險預(yù)報的一般概念性描述，沒有提出具體測定和預(yù)報火險的方法。1925年，美國開始系統(tǒng)地開展林火預(yù)報研究工作。代表人物是吉思波恩（H.T.Gisbome）［3］，提出了多因子預(yù)報方法，并于1933年研制出用于實際火險等級預(yù)報的火險尺。1925年，加拿大的萊特（J.G.Wright）提出用空氣相對濕度預(yù)估林火發(fā)生方法，并以相對濕度50%為界限，小于50%就有發(fā)生林火的可能。

20世紀40年代，前蘇聯(lián)以聶斯切洛夫為代表，提出了綜合指標法，利用每日最高氣溫和水汽飽和差乘積的累積值來估計森林的易燃程度。日本科學(xué)家富山久尚提出了實效濕度法，利用空氣濕度與可燃物含水率之間的關(guān)系，通過逐日空氣相對濕度來判斷火險高低。

綜上所述，各國雖然采用的森林火險預(yù)報方法不盡相同，但原理基本一致，預(yù)報結(jié)果大都限于一些定性的火險天氣特征，屬于單純的火險天氣預(yù)報。

在20世紀50年代到60年代期間，研究林火預(yù)測預(yù)報的國家越來越多，研究水平也不斷提高，其中發(fā)展較快有美國、加拿大、澳大利亞和前蘇聯(lián)等國。美國于1972年，以狄明（J.E.Deeming）［4］為代表，研制出了第一套美國國家火險等級系統(tǒng)（NFDRS），并于1978年做了進一步修正。美國國家火險等級系統(tǒng)包括“點燃組分”、“能量釋放組分”、“蔓延組分”和“燃燒指數(shù)”這四個火險指數(shù)，并基于這四個指數(shù)推算出“火負荷”指數(shù)，用來反映控火難易程度和任務(wù)量。80年代，美國又研制了“火行為預(yù)報和可燃物模型系統(tǒng)（BEHAVE）”。美國國家火險等級系統(tǒng)既能做火險等級預(yù)報，又能做林火發(fā)生預(yù)報，還能進行火行為預(yù)報，代表了當今林火預(yù)報的最高水平。

美國國家火險等級預(yù)報系統(tǒng)問世不久，以瓦格那（C.E.Van Wagner）［5］為代表的加拿大科學(xué)家于1974年發(fā)布了“加拿大火險天氣指標系統(tǒng)”，成為加拿大國家級火險預(yù)報系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在大量點火試驗和氣象資料的基礎(chǔ)上，從可燃物含水率平衡理論出發(fā)，通過一系列推導(dǎo)、計算，最后以火險天氣指標（FWI）來進行火險預(yù)報。1987年，加拿大集中四家主要林火研究單位共同開發(fā)了加拿大森林火險等級系統(tǒng)（Canadian Forest Fire Danger Rating System，CFFDRS）。該系統(tǒng)由天氣指標系統(tǒng)（FWI）、火行為預(yù)報（FBP）和火發(fā)生預(yù)報（FOP）三個子系統(tǒng)組成。其中FWI和FBP己在加拿大各省應(yīng)用。90年代以來，又研究出了“人為火日發(fā)生預(yù)報”方法，系統(tǒng)功能不斷增強和完善。

澳大利亞林火預(yù)報始于20世紀60年代，并以大量野外點火試驗為基礎(chǔ)來開展火險預(yù)報研究。主要代表人物是邁克阿瑟（A.G.McAnhur）［6］，于1966年研制出了用于林火預(yù)報的森林火險尺和用于草地火預(yù)報的草地火險尺。70年代通過進一步修訂和完善，增強了火行為預(yù)報功能，并一直延用至今。

歐洲林火信息系統(tǒng)（EFFIS）（http：／／effis.jrc.ec.europa.eu／，accessed 19January 2009）由2部分組成，其中一部分是森林火險預(yù)報系統(tǒng)（EFFRFS），在火險高峰期提供火險預(yù)測預(yù)報。該系統(tǒng)使用不同的火險指數(shù)和氣象數(shù)據(jù)進行長期和短期的火險預(yù)測預(yù)報。目前它所涵蓋的范圍包括了地中海的幾個國家以及德國、芬蘭、澳大利亞、塞浦路斯、保加利亞、羅馬尼亞等國。歐洲林火信息系統(tǒng)（EFFI）正朝著成為動態(tài)體現(xiàn)林火信息的系統(tǒng)方向發(fā)展，它是一個網(wǎng)絡(luò)界面系統(tǒng)，用戶可以在其中搜索到歐洲區(qū)域任何一個地方的火險信息。

我國林火預(yù)報研究工作起步較晚，比西方發(fā)達國家晚30～40年，且主要是在前蘇聯(lián)、美國、加拿大等國的成果基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實際情況進行的。大體上可以分為兩大階段：建國初期到1976年，這一時期所應(yīng)用的方法基本上是引用或改進前蘇聯(lián)，日本和美國的一些方法。1976年以后才開始廣泛地研究自己的林火預(yù)報方法，到1987年后得到迅速發(fā)展。

雙指標法也稱著火指標與蔓延指標法，是中國科學(xué)院林業(yè)土壤研究所王正非等（1958）根據(jù)1955～1958年在東北、內(nèi)蒙古地區(qū)進行防火研究提出來的。該方法基于多種氣象因子綜合影響，進而對森林火險進行預(yù)報，并于50～60年代在我國東北及西南林區(qū)得以應(yīng)用。多因子相關(guān)概率火險天氣預(yù)報法是由伊春市氣象局和伊春市防火指揮部研制出的一種適合小興安嶺地區(qū)的林火預(yù)報方法?！?01”森林火險天氣預(yù)報系統(tǒng)是黑龍江省森林保護研究所研究得出的一種火險天氣預(yù)報方法。經(jīng)過幾年的試用，“801”森林火險天氣預(yù)報方法從設(shè)計原理、指標的計算及預(yù)報應(yīng)用效果等方面都已基本上得到肯定。林火發(fā)生預(yù)報法（又稱人為火發(fā)生預(yù)報）是東北林業(yè)大學(xué)以大興安嶺地區(qū)為背景，通過對影響林火發(fā)生諸多因子的統(tǒng)計分析，利用數(shù)量化理論來預(yù)報某一林業(yè)局某年某月某日是否能發(fā)生林火的方法。此法曾經(jīng)是我國唯一能預(yù)報林火是否發(fā)生的方法。三指標單點森林火險預(yù)報是由黑龍江省森林保護研究所王正非（1988）［7］提出的。該方法的火險等級預(yù)報是經(jīng)過大量實室內(nèi)和野外（無風條件下）點火試驗，以火的初始蔓延速度R為指標來劃分的。多因子綜合指標森林火險預(yù)報法是大興安嶺地區(qū)氣象局于1985年研制出的林火預(yù)報方法。該方法根據(jù)林火資料和同期相應(yīng)氣象數(shù)據(jù)的對比分析，引入模糊集概念，研究了森林火險發(fā)生的客觀規(guī)律，探討了各種氣象因子影響林火發(fā)生的特征值和臨界值，建立了識別森林火災(zāi)危險程度的數(shù)學(xué)模型和火險等級系統(tǒng)，研制的一套比較成功的中期和短期火險預(yù)報模式。這些方法的預(yù)報精度比較高，大多通過省、部級成果鑒定，達到國內(nèi)先進水平，目前這些方法仍在使用中。到了20世紀70、80年代，全國各林區(qū)根據(jù)當?shù)氐臍庀笠?、歷史火災(zāi)情況以及可燃物含水率等研制了10多種森林火險天氣預(yù)報方法。肖飛（1996）［8］利用土壤干旱度指數(shù)（SDI）作為小興安嶺的森林火險氣象指數(shù)進行森林火險預(yù)報。1998年國家氣象中心結(jié)合美國洛杉磯林業(yè)試驗站布龍—戴維斯方案，利用特大火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)庫驗證研制出了國家級的森林火險氣象指數(shù)，目前該指數(shù)仍在國家氣象中心日常預(yù)報業(yè)務(wù)中使用。鄭海青［9］（2001）、李興華（2001）［10］等人分別提出了福建省和內(nèi)蒙古的森林火險氣象指數(shù)計算方法。張映堂（1995）［11］、李春燕（1994）［12］、覃先林（2001）［13］還利用氣象條件與林中可燃物含水量的關(guān)系相繼建立了我國西南林區(qū)、東北林區(qū)的森林火險氣象指數(shù)的預(yù)報模型。

國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)十種林火預(yù)報方法，并在我國部分地區(qū)都得到相應(yīng)的推廣和使用。目前，國內(nèi)現(xiàn)有林火預(yù)報方法主要從氣象因素角度來研究和探討林火發(fā)生規(guī)律，僅考慮了氣象因素對林火發(fā)生的影響，沒有考慮可燃物特性、地形及火源等因素對林火發(fā)生的貢獻。由于其預(yù)報所需要的輸入變量較少且容易獲得，以上林火預(yù)報方法具有簡單易操作和容易被推廣等優(yōu)點，并在我國森林防火工作中發(fā)揮了巨大的作用。

3 我國火險預(yù)報研究存在的問題和對策

林火的發(fā)生受氣象、可燃物、地形以及人類活動等的影響。尤其是可燃物，作為林火發(fā)生和燃燒的實體，對森林火災(zāi)的發(fā)生有著最直接的影響。因此，僅從氣象因素角度來研究和探討林火發(fā)生規(guī)律而忽略可燃物的貢獻，勢必影響林火預(yù)報的準確性和時效性。雖然我國已研制和發(fā)展出數(shù)十種火險預(yù)報方法，但到目前為止還沒有建立一套綜合考慮氣象條件、植被條件、地形條件以及人類活動等影響因素的國家級林火預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)。我國各級林火管理部門發(fā)布的“森林火險天氣預(yù)報”僅考慮了氣象因子，沒有考慮森林可燃物對發(fā)生林火的危險性貢獻，一些地區(qū)發(fā)布的“森林火險預(yù)報”雖然考慮了森林可燃物和氣象因子的影響，然而由于沒有考慮由氣象條件影響的可燃物濕度和由物候影響的可燃物載量的動態(tài)變化，難以動態(tài)獲取預(yù)測區(qū)的可燃物萌發(fā)／枯萎、細小可燃物含水狀況等森林火險因子的觀測數(shù)據(jù)，嚴重地制約了林火的準確預(yù)報，且林火預(yù)報的空間位置粗略、時效性差，不能滿足各級森林防火工作的實際需求。因此，有必要基于有機耦合環(huán)境因子和生態(tài)系統(tǒng)的火險指數(shù)，來準確描述不同地區(qū)和環(huán)境的火險信息，并結(jié)合科學(xué)的預(yù)報技術(shù)，從而建立一套適合中國的國家火險等級系統(tǒng)。

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