浙江省森林火災和ENSO循環(huán)的關(guān)系

毛燕軍，茅史亮，李少虹

（1. 浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017，2. 浙江省林火監(jiān)測中心，浙江 杭州 310020）

浙江省森林火災和ENSO循環(huán)的關(guān)系

毛燕軍1，茅史亮2，李少虹2

（1. 浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017，2. 浙江省林火監(jiān)測中心，浙江 杭州 310020）

對1968-2013年浙江森林火災與氣象資料進行統(tǒng)計分析，并對ENSO循環(huán)下浙江森林火災與氣象要素的關(guān)系進行了進一步分析，研究ENSO循環(huán)對浙江森林火災的影響。結(jié)果表明：1968-1983年浙江森林火災次數(shù)處于低值區(qū)，1984年起火災次數(shù)突然上升，并于1986年達峰值，隨后出現(xiàn)逐波下降趨勢。浙江森林火災多年平均月際變化呈單峰型，從12月開始上升，峰值出現(xiàn)在來年的4月，5月開始急劇下降，谷值出現(xiàn)在6月，海溫暖異常月份，森林火災減少；海溫冷異常月份，森林火災增加；ENSO循環(huán)影響浙江森林火災的主要氣候機理為：El Nino爆發(fā)前的冬季有利于浙江森林火災的發(fā)生，而El Nino發(fā)生后的冬季不利于火災發(fā)生；與之相反，在La Nina爆發(fā)之前的冬季不利于森林火災的發(fā)生，而在La Nina發(fā)生后的冬季，有利于森林火災的發(fā)生；ENSO循環(huán)還通過與冬季風的關(guān)系影響到浙江森林火災峰值月份的出現(xiàn)時間，在El Nino年夏季，一般不利于浙江森林火災的發(fā)生，在La Nina年夏季，當副高西伸脊點偏西，有利于森林火災的發(fā)生，當西伸脊點偏東，則不利于森林火災發(fā)生。

浙江；氣象要素；ENSO循環(huán)；氣候機理

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地自然生態(tài)系統(tǒng)中最大的生態(tài)系統(tǒng)，在整個自然界的動態(tài)平衡中具有重要的作用。森林常受到不同程度火災的破壞性毀滅。森林火災的發(fā)生必須具備三個條件：①森林可燃物（是發(fā)生森林火災的物質(zhì)基礎(chǔ)）；②火險氣象條件（是發(fā)生森林火災的重要條件）；③火源（是發(fā)生森林火災的主導因素）。

森林火災的發(fā)生、發(fā)展與氣象因子的關(guān)系很密切[1~2]。氣象因子不僅影響森林可燃物的含水量和干濕程度的變化，還影響到火的蔓延及林火的行為特點等。與森林火險關(guān)系密切的氣象因子主要有空氣濕度、溫度、風速、降水和連旱天數(shù)等。重大森林火災多發(fā)生在旱季或干旱少雨的時段。

隨著林火資料和氣象資料的積累，對森林火災與氣象條件關(guān)系的研究也逐漸深入。ENSO循環(huán)是年際氣候變化的重要信號，對全球氣候有明顯的影響。本文在分析了浙江森林火災與氣象條件一般關(guān)系的基礎(chǔ)上，針對ENSO循環(huán)這一特定氣候背景，分析了ENSO循環(huán)對浙江森林火災的影響。

1 資料和方法

1.1 資料

本研究資料分三個部分，分別為：浙江省森林火災次數(shù)資料、ENSO資料、氣象要素資料。資料來源如下。1.1.1 森林火災資料和氣象要素資料 森林火災數(shù)據(jù)來源于《浙江省林業(yè)志》[3]和浙江省林火監(jiān)測中心，資料長46 a（1968-2013年），其中1995-2013年（19 a）包含逐月森林火災次數(shù)數(shù)據(jù)。

氣象要素資料取自浙江省氣候中心數(shù)據(jù)庫，包括最小相對濕度、平均相對濕度、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、平均風速、最大風速、極大風速、降水日數(shù)、降水量等氣候要素。

氣象因子在森林火災發(fā)生中的作用可分為兩類：一類對火災發(fā)生有影響，另一類對火災蔓延有影響。上述氣象要素中，對火災發(fā)生有影響的氣象要素：①溫度（最高氣溫、平均氣溫和最低氣溫）；②濕度（平均相對濕度、最小相對濕度）；③降水日數(shù)；④降水量。對火災蔓延有影響的氣象要素：風速（平均風速、最大風速和極大風速）。

1.1.2 ENSO資料

1.1.2.1 ENSO循環(huán)概述 ENSO循環(huán)（ENSO Circulation）定義：日界線以東的東南太平洋與日界線以西的西太平洋—印度洋之間海平面氣壓存在反相關(guān)關(guān)系，即南方濤動現(xiàn)象（SO），用南方濤動指數(shù)（SOI）表示。在厄爾尼諾（El Nino）期間，東南太平洋氣壓明顯降低，SOI為負值；反之，在拉尼娜（La Nina）期間，東南太平洋氣壓明顯升高，SOI為正值。這種全球尺度的氣候振蕩稱為ENSO循環(huán)。厄爾尼諾和拉尼娜是該循環(huán)過程中冷暖兩種不同位相，厄爾尼諾為ENSO暖位相，拉尼娜為ENSO冷位相。

1.1.2.2 ENSO判別標準 對ENSO事件的劃分，不同學者采用的指標及其判別標準、所用資料及其范圍目前仍不統(tǒng)一，其評判標準在國際上還存在一定差別。中國氣象局國家氣候中心在業(yè)務(wù)上主要以NINO 綜合區(qū)（NINO 1 + 2 + 3 + 4 區(qū)）的海溫距平指數(shù)作為判定厄爾尼諾（拉尼娜）事件的依據(jù)[4]，具體判別標準如下：

厄爾尼諾：NINO綜合區(qū)海溫距平指數(shù)持續(xù)6個月以上≥0.5℃（過程中間可有單個月份未達指標）為一次厄爾尼諾事件；若該區(qū)指數(shù)持續(xù)5個月≥0.5℃，且5個月的指數(shù)之和≥4.0℃，也定義為一次厄爾尼諾事件。

拉尼娜：NINO綜合區(qū)海溫距平指數(shù)至少持續(xù)6個月≤-0.5℃（過程中間可有單個月份未達指標）為一次拉尼娜事件；若該區(qū)指數(shù)持續(xù)5個月≤-0.5℃，且5個月的指數(shù)之和≤-4.0℃時，也定義為一次拉尼娜事件。

依據(jù)上述標準，氣候平均值取1981-2010年，得到1968 -2013年的ENSO事件如表1。

表1 1968-2013年ENSO事件Table 1 ENSO events during 1968-2013

1.2 方法說明

本文在進行相關(guān)系數(shù)檢驗時由于資料長短的不一致，對于兩變量無關(guān)（ρ = 0）還是相關(guān)（ρ≠ 0）的假設(shè)檢驗，分為小樣本下的檢驗和大樣本下的檢驗[5]。

大樣本（N > 30）時，采用標準正態(tài)分布檢驗，對應的z統(tǒng)計量為

2 ENSO循環(huán)對浙江森林火災的影響

ENSO事件被認為是年際氣候變化中的強信號，它的發(fā)生往往會在全球引起嚴重的氣候異常，也是區(qū)域氣候變化的重要氣候背景，相應地對影響森林火險的氣象因子（如氣溫、風、降水量、空氣相對濕度、日照、能見度等）以及它們的不同組合也會有不同程度的影響。

2.1 浙江森林火災變化的一般特征

2.1.1 浙江森林火災年際變化的一般特征 1968-2013年浙江省共發(fā)生森林火災27 560次，多年平均火災次數(shù)為599.1次，逐年變化曲線如圖1。

圖1 浙江省1968-2013年森林火災次數(shù)變化Figure 1 Annual forest fires during 1968-2013 in Zhejiang province

圖1表明，1968-1983年浙江省森林火災次數(shù)處于低值區(qū)，變化相對平穩(wěn)，略有波動，其中1976年最少（69次）；1984年起火災次數(shù)突然上升，并于1986年達峰值（3 229次），隨后出現(xiàn)逐波下降趨勢，1992年出現(xiàn)次高峰，2004年還有一個相對的峰值；2005-2013年火災次數(shù)又處于低值區(qū)，2010年處于低值（97次）。

森林防火的科學管理對森林火災的發(fā)生也能產(chǎn)生一定影響。1987年5月6日，大興安嶺地區(qū)特大森林火災發(fā)生以后，各級人民政府十分重視森林資源保護工作，浙江省的森林火災次數(shù)也呈逐年下降趨勢。

2.1.2 浙江森林火災月際變化的一般特征 浙江森林火災多年平均月際變化呈單峰型，火災次數(shù)從12月開始上升，峰值出現(xiàn)在冬半年的4月，5月開始急劇下降，谷值出現(xiàn)在夏半年的6月。將11月至次年4月稱為冬半年，5-10月稱為夏半年，則冬半年森林火災次數(shù)約占全年總數(shù)的90%，而夏半年只占10%。

浙江森林火災月際分布特征與其亞熱帶季風氣候區(qū)的氣候特征相關(guān)，其要素表現(xiàn)為：雨量豐富、氣候濕潤；雨熱同季，冬季干冷少雨，夏季濕熱多雨；冬春風大，夏秋風小。

不同年份森林火災次數(shù)的月際分布基本相似：12月森林火災次數(shù)開始增多，5月開始急劇下降，谷值出現(xiàn)在6月；主要差異在峰值出現(xiàn)的時間，多年平均峰值時間在4月，具體到不同年份，2-4月均可出現(xiàn)峰值。

2.2 浙江森林火災與氣象要素的關(guān)系

2.2.1 年平均氣象要素與森林火災次數(shù)的關(guān)系 計算 1968 -2013年逐年森林火災次數(shù)與年平均氣象要素的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。

由表2可知，浙江年森林火災發(fā)生次數(shù)與風速的相關(guān)性最密切，呈明顯的正相關(guān)，其中，與平均 風速和極大風速的相關(guān)性通過了0.05的信度檢驗，其他氣象要素與森林火災發(fā)生次數(shù)雖有一定的相關(guān)性，但均沒有通過信度檢驗，具體關(guān)系分別如下：與降水日數(shù)、降水量呈負相關(guān)；與最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫呈負相關(guān)；與最小相對濕度、平均相對濕度呈弱的正相關(guān)。

表2 浙江省年森林火災次數(shù)與年平均氣象要素相關(guān)系數(shù)(1968-2013)Table 2 Correl ation coefficient between annual forest fires and meteorological e lements inZhejiang province

2.2.2 月平均氣象要素與森林火災次數(shù)的關(guān)系 計算（1995-2013年）月平均氣象要素與月森林火災次數(shù)的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表3。

由表3表明：浙江月森林火災發(fā)生次數(shù)與月降水日數(shù)關(guān)系最顯著，呈明顯的負相關(guān)，12個月中有7個月火災次數(shù)與降水日數(shù)相關(guān)性通過0.05信度檢驗；其次與降水量相關(guān)性較好，也呈明顯的負相關(guān)，12個月中有5個月通過顯著性檢驗；各月相對濕度與火災次數(shù)均呈負相關(guān)，其中2、5兩個月與火災次數(shù)的相關(guān)系數(shù)通過顯著性檢驗；氣溫在7、8月與火災次數(shù)的相關(guān)性最好，呈正相關(guān)，并通過信度檢驗，12月月平均氣溫與火災次數(shù)呈負相關(guān)，也通過顯著性檢驗；風速與森林火災除6、7月有弱的負相關(guān)外，其他月份為弱的正相關(guān)，值得注意的是，各月風速與森林火災次數(shù)的相關(guān)性均不顯著，而年平均風速與年森林火災的相關(guān)性是最顯著的。

表3 浙江省月森林火災次數(shù)與氣象要素相關(guān)性（1995-2013年）Table 3 Correlation coeff i cient between m onthly forest fires and meteoro logical elements in Zhejiang province

2.3 ENSO循環(huán)對浙江森林火災的影響

不同的ENSO循環(huán)過程，海溫冷暖異常的起始、結(jié)束和持續(xù)時間不同，其對月氣象要素的影響也有很大差異。把厄爾尼諾發(fā)生期間，NINO綜合區(qū)海溫距平≥0.5℃的月定義為暖異常月，拉尼娜發(fā)生期間，NINO綜合區(qū)海溫距平≤-0.5℃的月份定義為冷異常月，厄爾尼諾和拉尼娜間歇期的月份定義為正常月，以下分析 E NSO循環(huán)對浙江省各月森林火災氣象條件的影響及綜合作用。

2.3.1 海溫異常對月森林火災氣象條件的影響 根據(jù) E NSO循環(huán)不同位相月氣象要素的統(tǒng)計特征分析，ENSO循環(huán)對浙江省月森林火災發(fā)生和蔓延的氣象條件影響如下。

海溫異常對森林火災發(fā)生的影響：1、3、4、7、9月，海溫異常（冷異常和暖異常一致）不利于火災發(fā)生；2、5、8、11、12月，暖異常不利于火災發(fā)生，而冷異常有利于火災發(fā)生；6、10月暖異常有利于發(fā)生，而冷異常不利于發(fā)生。

海溫異常對森林火災蔓延的影響：1-6月的海溫異常有利于火災蔓延，7月的海溫異常不利于蔓延，8-12月的海溫暖異常不利于蔓延、冷異常有利于火災蔓延。

2.3.2 ENSO循環(huán)不同位相月森林火災次數(shù)對比分析 統(tǒng)計不同ENSO位相各月森林火災次數(shù)距平，結(jié)果如表4。

表4 ENSO循環(huán)不同位相月森林火災次數(shù)距平次Table 4 Anoma ly value of monthly forest fires with different phaseof sea surface temperature

海溫正常月份，12個月平均森林 火災次數(shù)距平0.44次，總體接近常年。有 6個月森林火災發(fā)生次數(shù)略偏多,分別為1月、6-8月、10月和12月；其他月份森林火災發(fā)生次數(shù)略偏少。

對比分析表明，海溫異常對森林火災發(fā)生和蔓延的綜合作用如下：

海溫暖異常月份，12個月平均森林火災次數(shù)距平-19.42次，總體影響使森林火災次數(shù)減少。有11個月森林火災發(fā)生次數(shù)偏少，其中12月、3月、4月明顯偏少；只有2月份森林火災發(fā)生次數(shù)略偏多。

海溫冷異常月份，12個月平均森林火災次數(shù)距平14.20次，總體影響使森林火災次數(shù)增多。有8個月森林火災發(fā)生次數(shù)偏多，其中12月、3-5月明顯偏多；有4個月森林火災發(fā)生次數(shù)偏少。

3 氣候機理分析

浙江省地處東亞季風區(qū)，是我國受東亞季風影響最明顯的地區(qū)之一，在東亞地區(qū)冬季盛行偏北風，夏季盛行西南風。ENSO的出現(xiàn)往往使東亞季風產(chǎn)生異常[6]，從而使東亞大氣環(huán)流出現(xiàn)明顯異常，由此引起月、季氣象要素分布發(fā)生異常，其對浙江森林火災氣象條件產(chǎn)生影響的氣候機理如下。

3.1 ENSO循環(huán)對冬半年（11月至次年4月）森林火災氣象條件的影響

一般地，當年11月到次年4月，受冬季風影響，浙江盛行偏北風，空氣干燥、降水少，有利于森林火災的發(fā)生，但ENSO的出現(xiàn)會使冬季氣候發(fā)生明顯異常。

ENSO對東亞冬季風的影響主要表現(xiàn)為：El Nino（La Nina）減弱（增強）東亞冬季風。

在El Nino爆發(fā)前的冬季，東亞冬季風一直持續(xù)偏強，表現(xiàn)為東亞大槽深、西伯利亞地面高壓強、東亞沿海偏冷和有異常北風，赤道西太平洋地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)的西風異常；而在El Nino發(fā)生后的冬季，東亞地區(qū)形成了不利于強冷空氣活動的大氣環(huán)流形勢，東亞冬季風明顯偏弱。因此，El Nino爆發(fā)前的冬季有利于浙江森林火災的發(fā)生，而El Nino發(fā)生后的冬季不利于火災發(fā)生。

與之相反，在La Nina爆發(fā)之前，東亞冬季風持續(xù)偏弱，不利于森林火災的發(fā)生和蔓延；而在La Nina發(fā)生后的冬季，東亞冬季風卻明顯持續(xù)偏強，有利于森林火災的發(fā)生和蔓延。

由于大氣環(huán)流相對于海溫變化有滯后效應，因此，浙江森林火災峰值月份的出現(xiàn)時間也受ENSO循環(huán)的影響，森林火災發(fā)生最多的月份多出現(xiàn)在3、4月。

3.2 ENSO循環(huán)對夏半年（5-10月）森林火災氣象條件的影響

5-10月是浙江的汛期，受夏季風影響，降水豐沛。森林火災最少的月份一般出現(xiàn)在 6月份，但盛夏經(jīng)常出現(xiàn)一段高溫少雨天氣，一旦出現(xiàn)持續(xù)高溫少雨引起干旱，也會導致夏秋季森林火災異常多發(fā)（如2003年8月和2013年8月）。

ENSO循環(huán)對浙江夏季森林火災的影響機理如下。

雖然在El Nino年和La Nina年東亞地區(qū)都仍為夏季風控制，但對夏季風強度有明顯影響。El Nino(La Nina)對東亞夏季風有減弱（增強）作用，La Nina增強東亞夏季風主要在長江以南地區(qū)。夏季風強（或弱）分別對應長江中下游至江南地區(qū)汛期少雨（或多雨）。

尤其是夏季降水量與El Nino的關(guān)系還依賴于El Nino所處的不同階段[7]。平均情況下：在El Nino處于發(fā)展期的夏季，主要降雨帶在長江—淮河流域；而在El Nino處于衰減期的夏季，主要降雨帶在長江以南地區(qū)。

在平均情況下：在El Nino年夏季，西太平洋副高位置偏南，呈帶狀西伸，江南地區(qū)降水偏多，不利于森林火災發(fā)生；而在La Nina年夏季，西太平洋副高位置偏北，但江南地區(qū)降水量還要視副高西伸脊點的位置，情況相對復雜一點[8]，當西伸脊點偏西，江南地區(qū)高溫少雨，有利于森林火災的發(fā)生，當西伸脊點偏東，則不利于森林火災發(fā)生。

浙江汛期降水量的多少還與ENSO對西太平洋副高和西太平洋臺風活動的影響有關(guān)。在一般情況下，在El Nino年西太平洋臺風生成數(shù)偏少，登陸我國東部沿海的臺風數(shù)也偏少；在La Nina年西太平洋臺風生成數(shù)偏多，登陸臺風數(shù)也偏多。臺風影響較大的地區(qū)，降水量多、氣溫低，對森林火災的發(fā)生有抑制作用。

4 結(jié)論

森林火災與氣候變化密切相關(guān)，不同氣候背景對森林火災氣象條件的影響和機理不同。事實上，ENSO只是影響東亞季風的一種因素，東亞季風的活動及其異常還受到多種因素的影響，如東亞夏季風及與之相伴的降水異常還受到包括海溫異常（SSTA）、青藏高原積雪和中高緯度大氣環(huán)流等的影響，因此，上述分析中，與森林火災相關(guān)的浙江月、季和年氣候要素異常并不能都歸結(jié)為ENSO的作用。

本文針對ENSO這一特定氣候背景，分析其對浙江森林火災發(fā)生和蔓延的影響及氣候機理，得出以下主要結(jié)論：

（1）1968-2013年，浙江省森林火災次數(shù)分布的年際變化如下：1968-1983年火災次數(shù)處于低值區(qū)，變化相對平穩(wěn)；1984年起火災次數(shù)突然上升，并于1986年達峰值，隨后出現(xiàn)逐波下降趨勢，1992年出現(xiàn)次高峰，2004年還有一個相對的峰值；2005-2013年火災次數(shù)又處于低值區(qū)。

（2）浙江森林火災多年平均月際變化呈單峰型，火災次數(shù)從12月開始上升，峰值出現(xiàn)在冬半年的4月，5月開始急劇下降，谷值出現(xiàn)在夏半年的6月。其中冬半年森林火災次數(shù)約占全年總數(shù)的90%，夏半年只占10%。

（3）海溫暖異常月份，森林火災減少；海溫冷異常月份，森林火災增加。

（4）ENSO循環(huán)影響浙江森林火災的主要氣候機理如下：

El Nino爆發(fā)前的冬季有利于浙江森林火災的發(fā)生，而El Nino發(fā)生后的冬季不利于火災發(fā)生；與之相反，在La Nina爆發(fā)之前的冬季不利于森林火災的發(fā)生，而在La Nina發(fā)生后的冬季，有利于森林火災的發(fā)生。ENSO循環(huán)還通過與冬季風的關(guān)系影響到浙江森林火災峰值月份的出現(xiàn)時間。

在El Nino年夏季，一般不利于浙江森林火災的發(fā)生；在La Nina年夏季，當副高西伸脊點偏西，有利于森林火災的發(fā)生，當西伸脊點偏東，則不利于森林火災發(fā)生。

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Relation between Forest Fires and ENSO Circulation in Zhejiang

MAO Yan-jun1，MAO Shi-liang2，LI Shao-hong2
（1. Zhejiang Climate Center, Hangzhou 310017, China; 2. Zhejiang Forest Fire Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

Statistical analysis on forest fires and meteorology data in Zhejiang Province during 1968-2013 demonstrated that forest fires occurred less during 1968-1983, but increased from 1984 and topped in 1986, and then decreased. Monthly forest fires(1995-2013) showed a single peak curve, increased from December, topped in April of the next year, decreased sharply in May, lowest in June. Analysis on ENSO circulation and forest fires concluded that forest fires decreased when the sea temperature was warm, and increased when it was cold.

Zhejiang province; forest fire; meteorological element; ENSO circulation; mechanism on climate

S762

：A

1001-3776（2015）06-0028-06

2015-06-21；

2015-10-12

毛燕軍（1966-），男，浙江杭州人，高級工程師，從事氣候預測業(yè)務(wù)和研究。