黑龍江大興安嶺林區(qū)雷擊火時空分布及驅(qū)動因素分析

臧桐汝，舒立福，王明玉，趙鳳君，同小娟，司莉青，陳 鋒

(1 北京林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院， 北京 100083；2 中國林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所 國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室，北京 100091)

森林火災(zāi)是當(dāng)今世界最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，不僅嚴(yán)重?fù)p害森林資源，而且破壞生態(tài)和環(huán)境，對國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全造成巨大威脅[1]。根據(jù)火源類型不同可以將林火分為自然火源和人為火源，雷擊火是自然火源中最為常見的一種。世界各地每年都有由雷擊而導(dǎo)致的森林火災(zāi)，在美國、加拿大、俄羅斯等地區(qū)，由雷擊引起的森林火災(zāi)占全部森林火災(zāi)的7%～10%。我國每年的森林雷擊火災(zāi)也時有發(fā)生，其中大興安嶺地區(qū)雷擊火最為集中，且表現(xiàn)出一定的時空聚集性[2]。

雷擊火是由干雷暴形成的具有“連續(xù)電流”的閃電擊中地面上干燥可燃物而引發(fā)的火災(zāi)[3]。雷擊火的發(fā)生主要受到雷電活動分布、可燃物條件、地形、海拔以及溫度、濕度、風(fēng)速、降水等氣象條件的影響，其中云地閃電是雷擊火發(fā)生的先決條件和主要預(yù)測依據(jù)[4]。雷擊火作為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，在時間和空間上有著獨特的發(fā)生和分布規(guī)律。掌握森林雷擊火的時空分布特點，對預(yù)測森林雷擊火的發(fā)生和降低火災(zāi)損失具有重要作用[5]。

早在20世紀(jì)60年代， Komarek[6]就對地球表面的雷電分布進(jìn)行了研究，由此開啟了對全球性雷擊火發(fā)生的研究?？扇嘉锖视绊懮只馂?zāi)的發(fā)生概率，且云地閃電和降水之間也具有相關(guān)性，因此有研究認(rèn)為，雷擊火發(fā)生時的氣象規(guī)律與時間尺度密切相關(guān)[7-8]。觀測數(shù)據(jù)表明，近年來北美北部大面積被燒毀的林區(qū)與異常氣候引發(fā)的雷擊火災(zāi)有關(guān)，因此認(rèn)為閃電是森林雷擊火的主要驅(qū)動因素[9]。對大興安嶺雷擊火發(fā)生時的雷電條件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，引發(fā)雷擊火的雷電流強度絕對值基本為1～10 kA，且主要集中在6-8月份[10]。但也有研究發(fā)現(xiàn)雖然6-8月份雷暴頻發(fā)，但雷擊火卻主要發(fā)生在5和6月份，因此認(rèn)為雷暴與雷擊火發(fā)生之間是必要不充分的關(guān)系[11]。雷擊火的發(fā)生存在一定的滯后性，當(dāng)雷擊發(fā)生后，如果地面可燃物足夠干燥，同時氣候條件適宜，那么火勢立刻蔓延；相反，如果可燃物含水量較高，火災(zāi)可能不會即時發(fā)生，而是悶燃為“滯留火”[12]。而陰燃可以持續(xù)數(shù)天，直到可燃物足夠干燥才會持續(xù)燃燒[13]。此前，澳大利亞曾使用3 d的延期標(biāo)準(zhǔn)來確定雷擊對引發(fā)火災(zāi)的影響[14]。人們發(fā)現(xiàn)并不是所有閃電都能引發(fā)雷擊火，可引發(fā)林火的閃電主要為云地閃電，早期的一些研究表明，正閃比負(fù)閃更易引發(fā)森林火災(zāi)，雖然近年一些研究支持此觀點，但多數(shù)的研究結(jié)果并不能證實正閃有更大的引發(fā)火災(zāi)的概率[15]。

周長明等[16]采用GIS空間分析和AHP層次分析法，對引發(fā)黑龍江大興安嶺森林雷擊火的云地閃密度、強度及地形、植被等致災(zāi)因子進(jìn)行分析，并對區(qū)域危險性進(jìn)行劃分，得出漠河、塔河、呼中、新林大部分區(qū)域和呼瑪中部危險性較高，加格達(dá)奇危險性較低。郭福濤等[17-18]運用邏輯斯蒂回歸模型對大興安嶺塔河地區(qū)雷擊火的空間分布進(jìn)行描述，并且首次應(yīng)用空間點模式方法對大興安嶺地區(qū)雷擊火的空間分布格局進(jìn)行研究，結(jié)果表明大興安嶺地區(qū)雷擊火呈聚集分布，1988-2005年存在雷擊火分布熱點地區(qū)。陳亮等[19]對大興安嶺地區(qū)雷擊火環(huán)境的研究表明，控制雷擊火發(fā)生的主要環(huán)境變量為日降雨量、閃電數(shù)量及閃電強度。賈丙瑞等[20]對1972-2005年黑龍江大興安嶺林區(qū)雷擊火發(fā)生特征與干旱指數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析后認(rèn)為，干旱指數(shù)可以顯著影響雷擊火發(fā)生次數(shù)及過火面積，其中Keetch-Byram干旱指數(shù)更適合描述大興安嶺地區(qū)的雷擊火險特征。杜春英等[11]根據(jù)1966-2005年大興安嶺雷擊火數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)，對該地區(qū)森林雷擊火發(fā)生環(huán)境進(jìn)行分析，結(jié)果表明300～800 m的中海拔地區(qū)為雷擊火高發(fā)區(qū)域，平坡和陽坡的雷擊火發(fā)生次數(shù)最多，雷擊火在坡度1°～4°山地發(fā)生的次數(shù)占總次數(shù)的84.99%，雷擊火主要發(fā)生的林分類型為落葉松林和落葉闊葉林。許多學(xué)者也通過分析研究后得出，降水量、溫度、坡度和海拔等因素能夠影響大興安嶺雷擊火的發(fā)生概率[21-22]。這也說明了雷擊火發(fā)生的復(fù)雜性，因此在研究雷擊火發(fā)生規(guī)律時，應(yīng)考慮植被類型、雷電活動、氣象因子、地形和海拔等多個因素的影響作用[17]。

本研究基于近些年大興安嶺地區(qū)的雷擊火歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)、雷電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、森林資源二類清查數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等，分析大興安嶺地區(qū)雷擊火的時空分布規(guī)律，研究雷電活動關(guān)鍵參數(shù)、氣象條件、可燃物類型、地形條件等對雷擊火發(fā)生的影響，探討雷擊火發(fā)生的規(guī)律及關(guān)鍵影響因素，以期為大興安嶺林區(qū)雷擊火的防控提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大興安嶺林區(qū)是中國面積最大且保存比較完整的原始林區(qū)[23]，位于我國最北部，地處黑龍江省西北部，內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地理坐標(biāo)為50°10′-53°33′ N，121°12′-127°00′ E。大興安嶺地區(qū)地勢呈西高東低，海拔180～2 100 m，年平均降水量428.6～526.8 mm，且相對集中于6-8月份，年平均空氣相對濕度60%～70%，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷、夏季溫暖，冬季持續(xù)時間長，且晝夜溫差較大。

大興安嶺地區(qū)林地面積為646.36萬hm2，活立木蓄積5.29億m3，森林覆蓋率為75.2%[24]，主要森林類型是以興安落葉松為優(yōu)勢樹種的混交林，除此之外還包括樟子松、云杉、山楊、偃松、白樺等其他闊葉和針葉樹種[25]。該林區(qū)的森林類型按照受人類影響的程度可以分為原始林、次生林和人工林3類。大興安嶺地區(qū)草本和灌木比較多，在火險期易于燃燒,且易導(dǎo)致火勢快速蔓延[26]。

黑龍江省大興安嶺地區(qū)夏季雷暴活動頻繁，為我國森林雷擊火災(zāi)的高發(fā)區(qū)，森林雷擊火災(zāi)數(shù)量和森林受害面積居全國之首。據(jù)統(tǒng)計，1965-2002年黑龍江省大興安嶺地區(qū)共發(fā)生1 233起森林火災(zāi)，其中雷擊火達(dá)389起，占林火發(fā)生總數(shù)的31.5%，夏季是雷擊火高發(fā)時期，占全年雷擊火次數(shù)的75.85%。雷擊引發(fā)的森林火災(zāi)損失與危害極大，常常導(dǎo)致成片森林被毀。2000-2010年大興安嶺地區(qū)由燒荒等其他人為因素造成的林火平均過火面積僅為26.64 hm2/起，而由于雷擊火造成的林火平均過火面積則達(dá)到了198.61 hm2/起[27]。

2 數(shù)據(jù)來源

本研究所需的雷電監(jiān)測定位數(shù)據(jù)來源于黑龍江省氣象局布設(shè)在大興安嶺地區(qū)的8個ADTD二維閃電定位監(jiān)測系統(tǒng)，閃電數(shù)據(jù)包括每次閃電回?fù)舭l(fā)生的時間、地理位置(經(jīng)緯度)、雷電流強度、閃電極性和能量等，監(jiān)測范圍覆蓋整個研究區(qū)域。1968-2010年森林雷擊火發(fā)生的歷史記錄數(shù)據(jù)來源于黑龍江省大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司森林防火辦公室，火災(zāi)信息包括起火的經(jīng)緯度坐標(biāo)、火災(zāi)發(fā)生時間、火災(zāi)面積等；2005-2010年的氣象觀測數(shù)據(jù)來源于國家氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的每日氣象數(shù)據(jù)集，研究區(qū)內(nèi)有5個氣象站點(漠河、塔河、呼瑪、新林、大興安嶺)，氣象要素包括氣溫、降水量、相對濕度和風(fēng)速等；大興安嶺森林資源二類清查小班數(shù)據(jù)來自黑龍江省大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司；DEM數(shù)據(jù)來自SRTM(NASA Shuttle Radar Topography Mission)的DEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

3 研究方法

3.1 雷擊火的時空分布特征

基于1968-2010年黑龍江省大興安嶺逐次雷擊火發(fā)生統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)雷擊火發(fā)生的時間分別按照年、月、日不同尺度進(jìn)行統(tǒng)計，繪制直方圖展示雷擊火在不同時間尺度的分布特征；將發(fā)生雷擊火的地理坐標(biāo)輸入到Arcmap中，繪制大興安嶺雷擊火發(fā)生頻率空間分布圖，研究雷擊火的空間分布特征。

3.2 雷電活動對雷擊火的影響

采用近鄰分析對2005-2010年發(fā)生的雷擊火及其發(fā)生當(dāng)天和前2天觀測到的雷電數(shù)據(jù)地理坐標(biāo)進(jìn)行處理，以獲取距離雷擊火發(fā)生位置最近的雷電參數(shù)信息，分析雷電活動對雷擊火發(fā)生的影響。

對大興安嶺地區(qū)每次發(fā)生閃電的雷電流強度進(jìn)行分級，參考曾山泊等[28]按照絕對值對雷電流強度進(jìn)行分級的方法，將雷電流強度(I，kA)劃分為|I|<1 kA、1 kA≤|I|<10 kA、10 kA≤|I|<20 kA、20 kA≤|I|<30 kA和|I|≥30 kA 5個等級，同法將陡度(α，kA/μs)分為5級，統(tǒng)計不同等級的雷電流強度和陡度、不同電荷極性(正負(fù)閃)的雷電發(fā)生頻率，研究雷電流強度、陡度、電荷極性對雷擊火發(fā)生的影響。將每次火災(zāi)發(fā)生的日期按照儒略日方式進(jìn)行編號，即2005年1月1日為第1天，2月1日為第32天，依此類推，統(tǒng)計火災(zāi)發(fā)生日的雷電能量分布，研究雷電能量與雷擊火發(fā)生的關(guān)系。

3.3 氣象條件對雷擊火的影響

為分析大興安嶺地區(qū)氣象因子與雷擊火發(fā)生之間的關(guān)系，對漠河、塔河、呼瑪、新林、大興安嶺5個氣象站收集到的2005-2010年溫度、降水量、相對濕度和風(fēng)速4個氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

統(tǒng)計雷擊火發(fā)生當(dāng)日內(nèi)火災(zāi)總次數(shù)，提取逐次雷擊火發(fā)生當(dāng)天以及前7天內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)。使用 SPSS軟件中的多元線性回歸對氣象因子間的共線性進(jìn)行分析，采用Pearson相關(guān)系數(shù)對森林雷擊火災(zāi)發(fā)生與氣象要素進(jìn)行相關(guān)分析，篩選出顯著影響雷擊火發(fā)生的氣象因子。

3.4 林分類型對雷擊火的影響

基于黑龍江省大興安嶺森林資源二類清查小班數(shù)據(jù)，將研究區(qū)林分類型分為落葉松林、闊葉林、針闊混交林和其他(包括灌木林)等類型，將1968-2010年逐次雷擊火發(fā)生位置與所在小班的林分類型相對應(yīng)，統(tǒng)計不同林分類型雷擊火發(fā)生的次數(shù)，研究林分類型對雷擊火發(fā)生的影響。

3.5 地形因子對雷擊火的影響

利用Arcmap表面分析對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度和坡向提取，并對坡向進(jìn)行重分類，將其劃分為4類：陰坡(337.5°～67.5°)、半陰坡(292.5°～337.5°，67.5°～112.5°)、陽坡(157.5°～247.5°)和半陽坡(247.5°～292.5°，112.5°～157.5°)，統(tǒng)計1968-2010年各坡向雷擊火發(fā)生的頻率。將逐次雷擊火發(fā)生的位置與DEM高程數(shù)據(jù)相疊加，以100 m為間隔對大興安嶺地區(qū)海拔進(jìn)行劃分，統(tǒng)計不同海拔范圍內(nèi)雷擊火的發(fā)生頻率，研究海拔對雷擊火發(fā)生的影響。

4 結(jié)果與分析

4.1 大興安嶺地區(qū)雷擊火的時間特征

森林雷擊火是一種受氣候因子影響的火災(zāi)，其發(fā)生特征隨氣候條件而表現(xiàn)出較明顯的時間性[29]。在不同時間尺度上，雷擊火的發(fā)生也表現(xiàn)出明顯規(guī)律性。

4.1.1 雷擊火年尺度發(fā)生規(guī)律 在1968-2010年，大興安嶺地區(qū)共發(fā)生雷擊火508次。由圖1可以看出，雷擊火在2000年時達(dá)到峰值，當(dāng)年發(fā)生了62次。在1979，2000，2002，2005年，雷擊火發(fā)生次數(shù)均超過30次，且明顯高于其他年份，這是由于這幾年均有高溫、干旱、雷暴以及大風(fēng)等極端異常的天氣出現(xiàn)[27]。

圖1 1968-2010年大興安嶺雷擊火歷年發(fā)生次數(shù)

4.1.2 雷擊火月尺度發(fā)生規(guī)律 在月尺度下對43年間大興安嶺地區(qū)雷擊火的發(fā)生情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果(圖2)顯示，雷擊火多發(fā)生于每年的夏季，即5-8月份，其中6月是雷擊火集中發(fā)生的月份，共發(fā)生雷擊火248次，占總發(fā)生次數(shù)的48.8%。大興安嶺地區(qū)11月至次年3月氣溫低且地表被冰雪覆蓋，該時段內(nèi)一般不會發(fā)生森林火災(zāi)[30]。

圖2 1968-2010年大興安嶺雷擊火月累計發(fā)生次數(shù)

4.1.3 雷擊火日尺度發(fā)生規(guī)律 從圖3可以看出，雷擊火主要發(fā)生時段為10:00-17:00，其中13:00-16:00為雷擊火集中發(fā)生時段，在這一時段內(nèi)發(fā)生的雷擊火災(zāi)占全天的50%，其原因是午后地表溫度增加，可升高至全天最高溫，此時地表可燃物濕度最小，因此一旦有火源出現(xiàn)就非常容易發(fā)生森林火災(zāi)[31]。

圖3 1968-2010年大興安嶺雷擊火發(fā)生次數(shù)的日變化

4.2 大興安嶺地區(qū)雷擊火的空間特征

由圖4可以看出，雷擊火在大興安嶺地區(qū)全區(qū)均有發(fā)生，但主要集中在阿木爾、塔河、呼中、新林和松嶺5個區(qū)，其中呼中區(qū)發(fā)生次數(shù)最多，且總過火面積和有林地過火面積分別為3.52萬和2.83萬hm2。其原因是呼中地區(qū)多為原始林區(qū)，交通不便且人為活動少，夏季雷電較為頻繁。

圖4 1965-2010年大興安嶺雷擊火的分布

4.3 大興安嶺地區(qū)雷電活動對雷擊火發(fā)生的影響

4.3.1 雷電發(fā)生特征 從表1可以看出，1 kA≤|I|<10 kA的雷電次數(shù)最多，占85.519%。

表1 2005-2010年大興安嶺地區(qū)不同等級雷電流強度的發(fā)生頻率分布

對月尺度下各等級雷電流強度的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，由統(tǒng)計結(jié)果(圖5)可以看出，6-8月份為雷電活動的高發(fā)期，雷電流強度在1 kA≤|I|<10 kA等級內(nèi)發(fā)生的閃擊次數(shù)呈現(xiàn)單峰分布，波動較為明顯，其中峰值出現(xiàn)在8月份。可見，月尺度下雷電與雷擊火的高發(fā)期基本一致。

圖5 2005-2010年大興安嶺地區(qū)不同等級雷電流強度閃擊次數(shù)的月尺度變化

除此之外，在不同等級雷電流強度下分別對大興安嶺發(fā)生雷電的正閃和負(fù)閃進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各強度等級雷電流發(fā)生的負(fù)閃次數(shù)顯著多于正閃次數(shù)，且隨著雷電流強度的不斷增強，正閃次數(shù)呈減少趨勢，而負(fù)閃次數(shù)則相對增加。

4.3.2 雷電因子與雷擊火發(fā)生的關(guān)系 常用的描述雷電因子的參數(shù)有雷電頻率及雷電流的強度、陡度、電荷量、能量，下文將從這5個方面對雷電活動與雷擊火發(fā)生的關(guān)系進(jìn)行分析。

(1)雷電頻率與雷擊火。從圖6可以看出，雷電多發(fā)的年份不一定發(fā)生較多雷擊火，二者之間并不存在顯著正相關(guān)關(guān)系。雷擊火通常在雷電活動頻繁且無有效降水的區(qū)域發(fā)生，也就是干雷電發(fā)生的地區(qū)。因此，若僅研究閃電次數(shù)與雷擊火發(fā)生的關(guān)系，得出的結(jié)論并不準(zhǔn)確，還應(yīng)考慮其他環(huán)境因素對雷擊火發(fā)生的影響。

圖6 2005-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火與雷電發(fā)生次數(shù)的關(guān)系

(2)雷電流強度與雷擊火。由圖7可以看出，除|I|<1 kA外，其他4個雷電流強度等級均有雷擊火發(fā)生，但是隨著雷電流強度等級的增高，雷擊火發(fā)生次數(shù)遞減。雷電流強度絕對值為1～10 kA時雷擊火發(fā)生次數(shù)最多，近80次，占總火災(zāi)次數(shù)的81%，其中雷電流強度為負(fù)值情況下發(fā)生了75次雷擊火災(zāi)。

圖7 2005-2010年大興安嶺地區(qū)不同等級雷電流強度引發(fā)的雷擊火次數(shù)

(3)雷電流陡度與雷擊火。由圖8可以看出，當(dāng)雷電流陡度絕對值為1～10 kA/μs時雷擊火發(fā)生次數(shù)最多，共92次，占總火災(zāi)次數(shù)的93%，遠(yuǎn)多于其他雷電流陡度等級內(nèi)雷擊火的發(fā)生次數(shù)，其中陡度為負(fù)值時發(fā)生80次雷擊火災(zāi)。

圖8 2005-2010年大興安嶺地區(qū)不同等級雷電流陡度與雷擊火發(fā)生次數(shù)的關(guān)系

(4)雷電極性與雷擊火。由云體向地面輸送負(fù)電荷的閃電稱為負(fù)閃，反之則為正閃。由圖9可以看出，負(fù)閃時雷擊火發(fā)生次數(shù)較多，占總火災(zāi)次數(shù)的71%，因此可以認(rèn)為引發(fā)雷擊火的閃電多為負(fù)閃。

(5)雷電流能量與雷擊火。在統(tǒng)計的99次雷電中，釋放的能量最高為10.842 26×104kJ。由圖10可以看出，折線變化隨機(jī)性較強，各次雷電釋放的能量存在較大差異，有12次引發(fā)雷擊火的電流能量高于1×104kJ，其余的電流能量均低于1×104kJ。因此認(rèn)為，雷電流釋放的能量對雷擊火發(fā)生的影響規(guī)律不明顯。

圖10 2005-2010年大興安嶺地區(qū)逐次雷擊火發(fā)生當(dāng)天雷電流能量的儒略日變化

通過對不同雷電參數(shù)與雷擊火發(fā)生關(guān)系的分析可以得出，引發(fā)雷擊火的閃電多為負(fù)閃，且電流強度和陡度的數(shù)值也基本為負(fù)值，分別集中在-10～-1 kA和-10～-1 kA/μs內(nèi)，且引發(fā)雷擊火的雷電流釋放的能量大部分低于1×104kJ。

4.4 大興安嶺地區(qū)氣象條件對雷擊火發(fā)生的影響

在一定的地理條件下，雷擊火的發(fā)生與氣象條件密切相關(guān),溫度較高且降水量少的干燥氣候能夠為雷擊火的發(fā)生提供有利的氣象條件。

在對氣象因子與雷擊火發(fā)生次數(shù)進(jìn)行多元線性回歸前，先判斷降水量、風(fēng)速、相對濕度和氣溫4個氣象因子之間是否存在多重共線性，若存在作用相同且相關(guān)性高的因子則會引起模型振蕩，不適合一起分析。在年尺度下對4個氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，4個氣象因子的方差膨脹因子(variance inflation factor，VIF)均小于10，認(rèn)為數(shù)據(jù)之間并不存在多重共線性的問題，可以在一起進(jìn)行分析。

表2 2005-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生前7 d的氣象因子共線性分析

從表3可以看出，在降水量小于10 mm、氣溫高于20 ℃、風(fēng)速小于3 m/s且相對濕度為30%～80%的條件下易于發(fā)生雷擊火。

表3 2005-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生前7 d氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將雷擊火發(fā)生次數(shù)與4個氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，雷擊火發(fā)生次數(shù)與氣溫呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.225；與降水量和相對濕度呈負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。

表4 2005-2010年大興安嶺地區(qū)氣象因子與雷擊火的相關(guān)性

4.5 大興安嶺地區(qū)林分類型對雷擊火發(fā)生的影響

對1968-2010年大興安嶺地區(qū)不同林分類型下雷擊火的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。由表5可以看出，落葉松林發(fā)生雷擊火的次數(shù)最多，共327次，占雷擊火總發(fā)生次數(shù)的64.37%；其次是針闊混交林，共94次，占總次數(shù)的18.50%；再次是闊葉林，共55次，占總次數(shù)的10.83%；其他類型林分雷擊火發(fā)生次數(shù)較少，共32次，僅占雷擊火總發(fā)生次數(shù)的6.30%。

表5 1968-2010年大興安嶺地區(qū)不同林分類型下雷擊火的發(fā)生次數(shù)

4.6 大興安嶺地區(qū)坡度、坡向、海拔等地形因子對雷擊火發(fā)生的影響

4.6.1 坡度與雷擊火發(fā)生 落雷在不同的環(huán)境中具有選擇性，坡度大小能夠?qū)邓膹搅魉俣群偷乇砜扇嘉锏母蓾癯潭犬a(chǎn)生直接影響，因此森林雷擊火的發(fā)生與地形之間密切相關(guān)[32]。大興安嶺地區(qū)的坡度為0°～45°。對1968-2010年大興安嶺地區(qū)發(fā)生的雷擊火按照各個坡度分類進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖11所示。從圖11可以看出，坡度0°～10°的山地雷擊火發(fā)生次數(shù)最多，占總發(fā)生次數(shù)的78.90%。

圖11 1968-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生與坡度的關(guān)系

4.6.2 坡向與雷擊火發(fā)生 坡向能夠直接影響地表接收的太陽輻射量，進(jìn)而使不同坡向氣溫出現(xiàn)明顯差異，而地面溫度較高且空氣干燥的地區(qū)火險較高。對重分類后不同坡向雷擊火發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表6。由表6可知，陽坡和半陽坡雷擊火發(fā)生次數(shù)分別為132和120次，陰坡和半陰坡雷擊火發(fā)生次數(shù)分別為126和130次，表明坡向?qū)讚艋鸬陌l(fā)生影響不明顯。

表6 1968-2010年大興安嶺地區(qū)不同坡向雷擊火的發(fā)生占比

4.6.3 海拔與雷擊火發(fā)生 大興安嶺地區(qū)的海拔高度為137～1 485 m。1968-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生與海拔的關(guān)系如圖12所示。從圖12可以看出，雷擊火基本發(fā)生在海拔200～1 200 m的區(qū)域，其中海拔300～900 m區(qū)域為雷擊火高發(fā)區(qū)，火災(zāi)次數(shù)占比為90%，可能是此海拔范圍內(nèi)氣溫相對比較高，降水量少且易蒸發(fā)，植物含水量相對較低。而當(dāng)海拔高于900 m時，隨海拔的升高氣溫逐漸降低、濕度增加、植物含水量相對較高，所以雷擊火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)逐漸減少。

圖12 1968-2010年大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生與海拔的關(guān)系

5 討論與結(jié)論

對1968-2010年黑龍江省大興安嶺地區(qū)發(fā)生的雷擊火進(jìn)行統(tǒng)計分析，可知1979、2000、2002和2005年為雷擊火高發(fā)年份。年際尺度上雷擊火高發(fā)與當(dāng)年異常氣候有關(guān)，與雷電發(fā)生的頻率無明顯關(guān)系。如 1979年春夏交替之際出現(xiàn)了不同程度的干旱，導(dǎo)致春、夏兩季發(fā)生森林火災(zāi)78起，其中雷擊火37起[33]。2002年我國東北大部分地區(qū)降水嚴(yán)重偏少，導(dǎo)致夏季森林火災(zāi)增多，其中7月28日內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)發(fā)生了建國以來最大的夏季雷擊火災(zāi)，持續(xù)至8月19日才被撲滅，這場火災(zāi)造成13 808 hm2森林受害[34]。本研究對2005-2010年大興安嶺林區(qū)雷電發(fā)生頻率與雷擊火發(fā)生次數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2005年雷電次數(shù)相對較少，雷擊火次數(shù)卻最多；而2006年閃電發(fā)生次數(shù)高達(dá)95萬次，但當(dāng)年雷擊火僅發(fā)生6起。王曉紅等[4]研究表明，雷擊火雖然由閃電引發(fā)，但分析后發(fā)現(xiàn)大興安嶺地區(qū)的雷擊火與閃電之間并無明顯關(guān)系。本研究顯示，雷擊火主要發(fā)生在夏季，其中6月份發(fā)生的次數(shù)最多，占全部雷擊火次數(shù)的48.82%，與張恒等[35]的研究結(jié)果(5-8月是大興安嶺雷擊火的主要發(fā)生月份，其中6月為高發(fā)月份)一致。本研究結(jié)果表明，雷擊火災(zāi)每日發(fā)生的時間多為10:00-17:00，其中13:00-16:00為雷擊火發(fā)生最集中的時段；空間上大興安嶺全區(qū)均有雷擊火發(fā)生，但發(fā)生較頻繁且受災(zāi)嚴(yán)重的主要是阿爾木、塔河、呼中、新林和松嶺這5個區(qū)域。前人研究也顯示呼中自然保護(hù)區(qū)雷擊火發(fā)生尤為頻繁[5]；1966-2006年大興安嶺地區(qū)雷擊火質(zhì)心隨時間變化在空間上有向東南方向偏移的趨勢，即由漠河向加格達(dá)奇移動，引發(fā)此現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)?shù)剡^多的人為干擾[36]。

月和日尺度上的雷電活動及氣象條件在一定程度上會影響雷擊火發(fā)生。本研究對2005-2010年大興安嶺發(fā)生雷擊火前的雷電活動和氣象因子進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)閃電在8月份發(fā)生次數(shù)最多，且負(fù)閃遠(yuǎn)多于正閃，當(dāng)雷電流強度(kA)和陡度(kA/μs)數(shù)值為-10～-1時易發(fā)生雷擊火。在4個氣象因子中，對雷擊火發(fā)生起主要作用的是氣溫和降水，其中氣溫與雷擊火呈極顯著正相關(guān)，降水量與雷擊火呈負(fù)相關(guān)，風(fēng)速和相對濕度對雷擊火的發(fā)生影響不明顯，這與相關(guān)研究得出的降水和氣溫是雷擊火發(fā)生的主要氣象因子的結(jié)論[25,31]一致。最近一項研究表明，北美北部閃電的增加與氣溫和降水的增加密切相關(guān)[9]。雷擊火的點燃實際上依賴于干雷暴，大興安嶺近年的氣候變化是否會導(dǎo)致更多林區(qū)雷擊火災(zāi)，將是未來的一個重要研究方向。

火災(zāi)的發(fā)生不僅受氣候條件的影響，同樣也與可燃物和地形有關(guān)?？扇嘉锸巧只馂?zāi)燃燒、傳播和蔓延的主要載體，雷暴產(chǎn)生的高溫能夠使地面干燥的可燃物產(chǎn)生劇烈燃燒，而不同植被類型所提供的可燃物不同，引發(fā)雷擊火的難易程度也有所差異。大興安嶺林區(qū)主要的林分類型為落葉松林和針闊混交林，雷擊火主要發(fā)生在落葉松-偃松林、落葉松-白樺林內(nèi)，其原因是偃松富含油脂，并且林下細(xì)小可燃物較多，在干旱少雨的氣候條件下極易被雷擊引燃造成森林火災(zāi)[3]。本研究發(fā)現(xiàn)，坡度為0°～10°的山坡較易發(fā)生雷擊火，該結(jié)果與前人研究得出的平坡溫度較高、空氣較為干燥、雷擊火發(fā)生次數(shù)最多的結(jié)果[11]相一致。本研究顯示，無論哪個坡向，雷擊火發(fā)生次數(shù)相差不大。但也有研究表明，陽坡容易發(fā)生雷擊火災(zāi)，而陰坡發(fā)生火災(zāi)的次數(shù)多于半陽坡和半陰坡發(fā)生的總次數(shù)[11]，出現(xiàn)這一反常現(xiàn)象的原因可能與研究區(qū)植被類型的分布特點有關(guān)。本研究中，海拔300～900 m區(qū)域是雷擊火發(fā)生的集中區(qū)域，這與劉珂珍等[37]研究得出的海拔250～850 m區(qū)域發(fā)生雷擊火次數(shù)較多的結(jié)論基本一致。大興安嶺位于中高緯度地帶，平均海拔在800 m以上，一般認(rèn)為緯度越高的林區(qū)雷擊火發(fā)生的次數(shù)越多[24]，但這僅是根據(jù)已有數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出的結(jié)果，并沒有明確的理論依據(jù)作為支撐[38]。有研究認(rèn)為，在海拔800 m以上山脈腹部或山頂?shù)穆淙~松-偃松林和樟子松-偃松林，雷擊火的發(fā)生較為集中[39]。由此可知，影響雷擊火發(fā)生的環(huán)境因素非常復(fù)雜，同一個影響因素在不同時間和不同地區(qū)可能會產(chǎn)生完全不同的結(jié)果。

掌握雷擊火時空分布格局及其主要驅(qū)動因子是林火預(yù)測預(yù)報、科學(xué)管理的關(guān)鍵[40]。由于存在人為判定失誤、落雷后火災(zāi)發(fā)生滯后性等多種因素影響，對于森林雷擊火災(zāi)的統(tǒng)計也存在一定誤差。根據(jù)連續(xù)性監(jiān)測閃電和林火獲得的結(jié)果來確定雷擊火，得到的結(jié)果精確性更高[25]。黑龍江大興安嶺地區(qū)在2005年開始建設(shè)雷電定位系統(tǒng)，但目前僅收集到2005-2010年研究區(qū)內(nèi)的閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷擊火數(shù)據(jù)，僅憑這些數(shù)據(jù)尚難以判斷研究區(qū)雷擊火發(fā)生與雷電活動之間深層次的規(guī)律性，期望未來能夠基于長時間序列的雷電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)，對大興安嶺地區(qū)雷擊火的發(fā)生規(guī)律進(jìn)行更加深入的分析。