加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在吉林省的應(yīng)用1)

單延龍 孫平巖 關(guān) 山 孫靖松 張譯文

(北華大學(xué)，吉林，132013) (吉林省林業(yè)廳) (北華大學(xué))

責(zé)任編輯:張 玉。

加拿大林火危險(xiǎn)等級系統(tǒng)，是世界上被廣泛應(yīng)用的火險(xiǎn)系統(tǒng)之一［1－2］，其中加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)是加拿大林火危險(xiǎn)等級系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面考慮氣象因子，另一方面考慮森林可燃物狀態(tài)，將氣象因子和可燃物含水率有機(jī)地聯(lián)系，通過天氣條件的變化計(jì)算可燃物含水率的變化，然后再根據(jù)不同大小或位置的可燃物含水率確定潛在火險(xiǎn)等級［3］。在20世紀(jì)80年代，加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)首次被引進(jìn)到中國的大興安嶺地區(qū)，并且火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在大興安嶺地區(qū)能夠很好地評估火險(xiǎn)［4］。因此，本文使用吉林省1996—2010年每日氣象數(shù)據(jù)，評估加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在吉林省的適用性，并對1996—2010年林火數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

1 研究區(qū)概況

吉林省位于中國東北地區(qū)的東部，地處北溫帶，地理位置東經(jīng)121°38'～131°19'、北緯40°52'～46°18'。吉林省山地面積占全省總面積的36．0%，濕地面積占28．2%，丘陵面積占5．8%［5］。吉林省作為中國重點(diǎn)林區(qū)之一，全省林業(yè)用地面積為911．64萬hm2，占全省總土地面積的48．3%，其中:有林地面積占全省總土地面積的33．1%，疏林地面積占全省總土地面積的2．3%，灌木林地面積占全省土地面積的2．9%，未成林造林地面積占全省總土地面積的3．2%，無林地面積占全省總土地面積的6．8%。全省森林覆蓋率為35．9%，居中國第5位［6］。吉林省，具有顯著的溫帶大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，四季分明，雨熱同季。有明顯的四季更替，春季干燥風(fēng)大，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長。全省大部分地區(qū)年平均溫度為2～6℃，全年日照2 200～3 000 h。全省年降水量400～850 mm，自東部向西部有明顯的濕潤、半濕潤和半干旱的差異。全省無霜期，中部以西150 d左右，東部山區(qū)130 d左右。初霜期一般在9月下旬，終霜期在4月下旬至5月中旬［7］。

2 數(shù)據(jù)與方法

氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(http://cdc．cma．gov．cn/)。本文選用36個(gè)氣象站，其中:吉林省24個(gè)氣象站、遼寧省3個(gè)氣象站、內(nèi)蒙古3個(gè)氣象站、黑龍江省6個(gè)氣象站(見圖1)。數(shù)據(jù)包括1996—2010年每日氣象數(shù)據(jù)(日最高氣溫、日最小相對濕度、日最大風(fēng)速、日降水量)。林火數(shù)據(jù)來自于吉林省林業(yè)廳森林防火辦公室和吉林省檔案館，主要指標(biāo)包括1996—2010年累計(jì)發(fā)生的894次森林火災(zāi)的發(fā)生時(shí)間、著火點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)、火場總面積、受害森林面積。

圖1 各氣象站站點(diǎn)分布

利用收集到的每日氣象數(shù)據(jù)中日最高溫度、日最小相對濕度、日降水量、日最大風(fēng)速，根據(jù)Van Wagner的FWI系統(tǒng)模型公式［8］，用Fortran語言編程，計(jì)算得出從1996年1月1日到2010年12月31日36個(gè)氣象站每日的FFMC(細(xì)小可燃物濕度碼)、DMC(半腐層濕度碼)、DC(干旱碼)、ISI(初始蔓延指標(biāo))、BUI(積累指標(biāo))、FWI(林火天氣指標(biāo))值，然后用薄板樣條插值方法形成5 479個(gè)吉林省柵格圖，柵格圖的分辨率為1 km。對1996—2010年每月的平均火險(xiǎn)指數(shù)與林火進(jìn)行相關(guān)分析，驗(yàn)證加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在吉林省的適用性。

3 結(jié)果與分析

3．1 吉林省林火狀況

從表1可見，15 a共發(fā)生894起森林火災(zāi)，火場總面積為4 838．2 hm2，其中受害森林面積為1 986．8 hm2。平均每次森林火災(zāi)火場總面積為5．4 hm2、受害森林面積為2．2 hm2?；饒隹偯娣e大于100 hm2只占總次數(shù)的1．0%，火場總面積占總的39．5%，受害森林面積占總的28．8%。吉林省沒有受害森林面積超過93 hm2的大火，但吉林省林火次數(shù)相對比較多，年均60次，最多的一年是2008年，為151次(見表2)。

表1 1996—2010年吉林省林火

1996—2010年，吉林省更多的林火發(fā)生在春季防火期。在林火頻率上，春季防火期與秋季防火期之比為77．7%∶22．3%;火場面積，春季防火期與秋季防火期之比為86．3%∶13．7%;受害森林面積，春季防火期與秋季防火期之比為82．3%∶17．7%。并且4月份無論在火災(zāi)次數(shù)、火場總面積，還是受害森林面積都達(dá)到最大，分別為46．2%、62．3%、61．7%(見表3)。1996—2010年，吉林省林火中，自然火源僅占0．783%，其他都是人為火，并且絕大部分都是地表火。

表2 1996—2010年吉林省林火逐年分布狀況

表3 1996—2010年吉林省林火月變化

3．2 FWI指標(biāo)與林火發(fā)生的相關(guān)分析

由表4可見，除了DC，林火次數(shù)和受害森林面積與其他的林火天氣指標(biāo)極其顯著相關(guān);并且除了DC和BUI，火場總面積也與其他的林火天氣指標(biāo)極其顯著相關(guān)。火場總面積與BUI雖然沒有達(dá)到極其顯著相關(guān)，但P等于0．019，與0．01水平很近。DC與林火沒有相關(guān)，主要因?yàn)镈C表示大的倒木，小溪、濕地的水，還有更深土壤有機(jī)層的水分狀況，并且DC變化很慢［8］，這是正常現(xiàn)象。說明加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)可以在吉林省應(yīng)用。

表4 1996—2010年每月林火與加拿大林火天氣指標(biāo)的相關(guān)分析

3．3 森林火險(xiǎn)等級

根據(jù)極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則［8］，本文找到FWI值為96作為極端火險(xiǎn)級的低值，然后用幾何方法劃分其他森林火險(xiǎn)級別［8］。統(tǒng)計(jì)顯示:在3級火險(xiǎn)天氣下，林火頻率、火場總面積、受害森林面積都是最大，分別為48．0%、59．5%、56．6%(見表5)。火災(zāi)發(fā)生符合正態(tài)分布，中間大、兩邊小。

表5 吉林省森林火險(xiǎn)等級劃分

4 結(jié)論與討論

除了DC，林火次數(shù)、受害森林面積與其他的林火天氣指標(biāo)極其顯著相關(guān);并且除了DC和BUI，火場總面積也與其他的林火天氣指標(biāo)極其顯著相關(guān)?；饒隹偯娣e與BUI雖然沒有達(dá)到極其顯著相關(guān)，但P值與0．01水平很接近。因此說明，加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)可以在吉林省應(yīng)用。

根據(jù)極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則和幾何方法，劃分了森林火險(xiǎn)級別。在3級火險(xiǎn)天氣下，林火頻率、火場總面積、受害森林面積都是最大。這可能與吉林省沒有發(fā)生重特大森林火災(zāi)，但林火次數(shù)相對較多有關(guān)，并且吉林省絕大部分林火都是人為引起的，因此，在高火險(xiǎn)天氣人們和森林防火部門比較重視，所以發(fā)生率下降，低火險(xiǎn)天氣點(diǎn)不著。此種劃分方法初步看比較適用，但本方法是否具有科學(xué)性，還需對未來情況進(jìn)行檢驗(yàn)，以及與林業(yè)行業(yè)《全國森林火險(xiǎn)天氣等級》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比。《全國森林火險(xiǎn)天氣等級》標(biāo)準(zhǔn)中，訂正指數(shù)E值無法找到，需要以后積累數(shù)據(jù)。通過對比，從而能更好地把加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)用到吉林省林火預(yù)報(bào)工作中。

［1］Amiro B D，Logan K A，Wotton B M，et al．Fire weather index system components for large fires in the Canadian boreal forest［J］．International Journal of Wildland Fire，2004，13(4):391－400．

［2］de Groot W J，F(xiàn)ield R D，Brady M A，et al．Development of the Indonesian and Malaysian fire danger rating systems［J］．Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change，2007，12(1):165－180．

［3］田曉瑞，McRae D J，張有慧．森林火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)系統(tǒng)評述［J］．世界林業(yè)研究，2006，19(2):41－46．

［4］金繼忠，韓樹庭，周薇．加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在大興安嶺林區(qū)的試用［J］．森林防火，1986(3):19－23．

［5］翟影．吉林省環(huán)境保護(hù)投資效益分析［D］．長春:吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，2011．

［6］李光輝．吉林省森林生態(tài)效益評估及其生態(tài)補(bǔ)償研究［D］．長春:吉林大學(xué)東北亞研究院，2009．

［7］張大偉．近50年吉林省干濕指數(shù)時(shí)空分布特征分析［D］．長春:東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，2011．

［8］Van Wagner C E．Development and structure of the Canadian forest fire weather index system［R］．Chalk River Ontario:Environment Canada，Canadian Forest Service，Petawawa Forest Experiment Station，1987．