湘西州森林防火與氣象條件關(guān)系

鄭福維， 劉文星，肖 健， 彭繼虎， 騰羿和， 楊 帆

(1.湖南省湘西州氣象局，湖南吉首 416000；2.衡陽市氣象局，湖南衡陽 421000;3.湖南省湘西州林業(yè)局，湖南吉首 416000)

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湘西州森林防火與氣象條件關(guān)系

鄭福維1， 劉文星1，肖 健2， 彭繼虎3， 騰羿和1， 楊 帆3

(1.湖南省湘西州氣象局，湖南吉首 416000；2.衡陽市氣象局，湖南衡陽 421000;3.湖南省湘西州林業(yè)局，湖南吉首 416000)

利用1950～1988、2005～2015年湘西州森林火災(zāi)相關(guān)資料，1960～2015年湘西州8縣(市)氣象觀測站溫度、濕度資料，采用線性和曼-肯德爾(MK)突變檢驗的分析方法，對湘西州森林防火與氣象條件關(guān)系進(jìn)行研究。通過研究得出氣象條件和森林火災(zāi)關(guān)系非常緊密，每年的春冬季節(jié)是森林火災(zāi)的高發(fā)期；確定森林火險預(yù)報模型為I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r，將森林火險等級劃分為五級；對湘西州森林防火預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，將森林防火氣象預(yù)報預(yù)警模型與突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布的業(yè)務(wù)充分融合。

湘西州；森林；防火；氣象

湘西州地處湘鄂渝黔4省市交界，位于湖南省西北部，地處武陵山區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征。湘西州解放前生產(chǎn)技術(shù)落后，刀耕火種情況較多，糧食產(chǎn)量低。1958年大煉鋼鐵和老百姓自然取柴做飯、燒炭、建房等，使得森林遭到毀壞性砍伐，森林面積大幅度下降。2001年時任總理朱镕基視察湘西州時感嘆：“濯濯童山意怏然，蔥蘢不見夢難圓”，提倡湘西州要大力退耕還林，湘西州由此開始了封山育林、植樹造林運動，經(jīng)過10余年造林和保護(hù)，現(xiàn)在到處是綠水青山，森林覆蓋率恢復(fù)到70%，許多珍稀的鳥禽走獸又回來了。

火災(zāi)是森林的主要危害因子之一，湘西州林業(yè)局全面落實火災(zāi)防范措施，依據(jù)林業(yè)法律法規(guī)，強(qiáng)化嚴(yán)細(xì)備防、周密預(yù)防、快速反應(yīng)、專業(yè)撲救等各項措施，加大依法問責(zé)力度，加強(qiáng)野外火源管理，抓好重點地區(qū)和火災(zāi)多發(fā)區(qū)的森林防火工作，確保森林資源、自然環(huán)境和林區(qū)群眾生命財產(chǎn)安全，維護(hù)林區(qū)社會安定。目前有關(guān)湘西州氣象條件對火災(zāi)發(fā)生的影響未見報道。筆者開展火災(zāi)發(fā)生和氣象條件關(guān)系的研究，并對森林防火氣象預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行介紹，為湘西州森林防火提供理論依據(jù)和實踐參考。

1　研究區(qū)概況

湘西州四季分明，降水充沛，光熱偏少，光熱水基本同季，氣候類型多樣，立體氣候明顯，素有“一山有四季，十里不同天”說法。全境從垂直方向上可劃為河谷溫?zé)釢駶檸?、山地溫暖較潮濕帶、山地溫涼潮濕帶4個氣候類型帶。湘西州地區(qū)為雷擊多發(fā)區(qū)，年平均雷暴日數(shù)51.7 d，全州林地885 853.5 hm2，幼齡林地201 268.7 hm2，森林覆蓋率達(dá)70.24%，維管束植物217科3 807種，其中國家一級重點保護(hù)植物有銀杏、紅豆杉等9種，國家二級重點保護(hù)植物有楠木、花櫚木等29種，湖南省地方重點保護(hù)植物43種[1]。湘西自古盛產(chǎn)金絲楠木，明清以來湘西的溪州土司王納貢中央朝廷楠木上千棵，用于修建宮殿、陵墓，正如一首佚名詩[2]所云：“楠木葉香自動風(fēng)，森森獨秀五溪中。北京營造太和殿，采伐棟梁立首功。”

2　數(shù)據(jù)來源及分析

氣象數(shù)據(jù)和火災(zāi)數(shù)據(jù)均由湘西州氣象局提供。數(shù)據(jù)分析采用Excel2007軟件完成。

3　結(jié)果與分析

3.1火災(zāi)與氣象條件的關(guān)系

3.1.1湘西州1950～1988、2005～2015年森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)。由圖1可知，1950～1965年湘西州為森林火災(zāi)高發(fā)期，此時老百姓防火意識薄弱，滅火能力差。目前湘西州綠色生態(tài)環(huán)境水平處在全省前列，是湖南省重要的綠色屏障和重點林區(qū)，是洞庭湖及長江中下游流域的“江河源”“生態(tài)源”，是全國生態(tài)文明示范工程試點區(qū)，區(qū)位十分重要。通過湘西州森林公安局10余年辛勤護(hù)林、愛林，該地森林火災(zāi)次數(shù)下降，贏得了社會的好評。

圖1　1950～1988、2005～2015年湘西州森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)Fig.1　Forest fire times in Xiangxi Prefecture during 1950-1988 and 2005-2015

圖2　2005～2015年湘西州森林火場面積及受害森林面積年際變化Fig.2　Annual change of fireground area and injured forest area in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.2森林火場面積和受害森林面積。2005～2015年湘西州共計發(fā)生森林火災(zāi)832起，其中一般火災(zāi)410起，較大火災(zāi)422起，沒有發(fā)生重大及特大火災(zāi)。總體表現(xiàn)為一般及較大火災(zāi)發(fā)生較為頻繁，無重大及特大火災(zāi)。由圖2可知，森林火場面積和受害森林面積年際變化與火災(zāi)發(fā)生次數(shù)大體保持一致，2008年和2012年出現(xiàn)極值。

3.1.3森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與年平均氣溫的關(guān)系。由圖3可知，2005～2015年湘西州年平均氣溫變化不是很明顯，總體略微下降。結(jié)合森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)年際變化圖可以看出，二者體現(xiàn)為一致下降的趨勢，由此可以推測，年平均氣溫變化對湘西州森林火災(zāi)發(fā)生有一定的影響，但并不是很明顯。夏秋兩季湘西州受副熱帶高壓影響，晴熱高溫，久旱無雨，湘西多油脂性杉木和馬尾松森林，火災(zāi)隱患不容忽視。

圖3　2005～2015年湘西州年平均氣溫變化Fig.3　The change of annual average temperature in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.4森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與年平均相對濕度的關(guān)系。由圖4可知，2005～2015年湘西州年平均相對濕度呈平穩(wěn)滑動趨勢，結(jié)合森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)年際變化圖可以看出，年平均相對濕度和森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)均呈下降的趨勢，兩者相關(guān)性不明顯。

圖4　2005～2015年湘西州年平均相對濕度變化Fig.4　The change of annual average relative humidity in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.52005～2012年湘西州森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)逐月變化。由圖5可知，湘西州森林火災(zāi)主要發(fā)生在2、3、4月份，也就是冬春季節(jié)。春季剛至的4月火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多，2、3月火災(zāi)發(fā)生次數(shù)沒有4月多。冬季氣候干燥，可燃物較多，也易發(fā)生火災(zāi)，但是冬季氣溫較低，人們戶外活動減少，火災(zāi)危害等級較低。4月天氣開始回暖，且較為干燥，春耕農(nóng)事和清明節(jié)掃墓增多，這時是火災(zāi)的多發(fā)時段，且火災(zāi)危害等級較高。雖然夏季氣溫比冬春季高，但是降水多，空氣濕度較大，誘發(fā)火災(zāi)的可燃物較少，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生次數(shù)較少。

圖5　2005～2012年湘西州森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)逐月變化Fig.5　The monthly variation of forest fire times in Xiangxi Prefecture during 2005-2012

圖6　1960～2015年3月古丈平均濕度MK曲線Fig.6　MK curve of average humidity in Mar. during 1960-2015 in Guzhang

圖7　1960～2015年10月古丈平均濕度MK曲線Fig.7　MK curve of average humidity in Oct. during 1960-2015 in Guzhang

3.1.6古丈、保靖、永順3站溫度、濕度的曼-肯德爾(MK)突變檢驗。湘西州有龍山、永順、保靖、古丈、吉首等8縣(市)，其中保靖縣有白云山國家級野生動物保護(hù)公園，永順縣有國家級森林公園小溪公園，杉木河、青天坪等林場，古丈有省級林場高望界林場、紅石林林場。選取有重要意義的古丈、保靖、永順3站為代表站進(jìn)行研究，采用曼-肯德爾法對1960～2015年共計56年歷史資料(溫度、濕度)進(jìn)行分析。經(jīng)過分析，僅古丈3月和10月平均濕度有突變曲線，通過了顯著性檢驗。古丈1960～1990年3月份濕度突變，呈現(xiàn)上升趨勢(圖6)，1970～2015年10月份濕度突變，與火災(zāi)發(fā)生次數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即濕度越大，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)越少(圖7)。1960～2008年10月份濕度有突變，上升趨勢明顯，火災(zāi)次數(shù)減少明顯，2008～2015年呈下降趨勢(圖8)。永順1960～2013年10月濕度無突變，2014～2015年10月濕度有突變(圖9)。

3.2湘西州森林防火氣象預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

3.2.1系統(tǒng)研發(fā)。為提高湘西州森林防火的現(xiàn)代化建設(shè)水平，結(jié)合州林業(yè)局現(xiàn)有的(湖南省或國家林業(yè)局林火預(yù)警監(jiān)測中心的衛(wèi)星)遙感火情監(jiān)測資料[3]歷史數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)，分析各森林火險與熱點的分布規(guī)律，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對上級部分的指導(dǎo)預(yù)報結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，建立待命的森林火險模型，并進(jìn)行三維地形圖演示。

圖8　1960～2015年10月保靖平均溫度MK曲線Fig.8　MK curve of average temperature in Oct. during 1960-2015 in Baojing

圖9　1960～2015年10月永順平均溫度MK曲線Fig.9　MK curve of average temperature in Oct. during 1960-2015 in Yongshun

湘西州森林防火預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)技術(shù)路線見圖10，它是通過對形成森林火險基礎(chǔ)因子和誘發(fā)因子數(shù)學(xué)模型計算，結(jié)合湘西州三維地形圖、中長期天氣預(yù)報、森林火險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)自動生成森林火險預(yù)警預(yù)報等級結(jié)果，面向社會公眾發(fā)布。

3.2.2森林火險等級預(yù)報。森林火災(zāi)大多發(fā)生在冬春季節(jié)，將天氣晴熱、空氣干燥、氣溫回升迅速、風(fēng)大極易引起森林火災(zāi)的多發(fā)時段稱為森林火險戒嚴(yán)期。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(fēng)速、降水和連旱天數(shù)等。森林火險天氣等級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖10　湘西州森林防火預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)技術(shù)路線Fig.10　Technical route of forest fire prevention early warning and forecast system in Xiangxi Prefecture

根據(jù)湘西州森林火災(zāi)發(fā)生情況，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，建立森林火險預(yù)報模型如下：

I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r式中I為森林火險值，D為連續(xù)無雨日數(shù)(日降水量<0.1 mm)，H為相對濕度，T為日最高氣溫，F(xiàn)為風(fēng)速，r為雷擊次數(shù)。

表1　森林火險天氣等級標(biāo)準(zhǔn)

4　結(jié)論

(1)該研究表明，湘西州中小型火災(zāi)發(fā)生較為頻繁，總森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)逐年下降，森林火災(zāi)發(fā)生主要集中在2、3、4月份。

(2)湘西州森林火災(zāi)的發(fā)生與降水量、氣溫、相對濕度、風(fēng)速等氣象條件密切相關(guān)。通過MK突變分析得出濕度增加，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)相對減少。

(3)研發(fā)了湘西州森林火險預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，并劃分為5個火險等級。根據(jù)湘西州森林火災(zāi)發(fā)生情況，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，建立森林火險預(yù)報模型：I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r。

[1] 宋亞軍.近期林火科學(xué)研究文獻(xiàn)計量分析[D].北京：北京林業(yè)大學(xué),2013.

[2] 翟非,翟星.美麗中國：湘西楠木[EB/OL].(2013-03-27)[2016-06-21].http://www.gnly.gov.cn/n1267/n1271/c136716/content.html.

[3] 王正旺,龐轉(zhuǎn)棠,魏建軍,等.森林火險天氣等級預(yù)測及火情監(jiān)測應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2006,15(5):154-161.

Relationship between Forest Fire Prevention and Meteorological Conditions in Xiangxi Autonomous Prefecture

ZHENG Fu-wei1, LIU Wen-xing1, XIAO Jian2et al

(1. Xiangxi Meteorological Bureau in Hunan Province, Jishou, Hunan 416000; 2. Hengyang Meteorological Bureau, Hengyang, Hunan 421000)

By using relevant data of forest fire from Xiangxi Meteorological Bureau during 1950-1988, 2005-2015, temperature and humidity data from 8 counties(cites) meteorological station in Xiangxi Prefecture during 1960-2015, adopting linear and MK mutation test analysis method, the relationship between forest fire prevention and meteorological conditions was studied. It was found that there is a very close relationship between meteorological conditions and forest fire. High incidence of forest fires is in spring and winter. The calculation formula [I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r] for early-warning of forest fire was determined, and forest fire was divided into 5 grades. The developed early-warning system for forest fire prevention in Xiangxi Prefecture fully integrates forest fire prevention meteorology early-warning model and emergency early warning information release.

Xiangxi Prefecture; Forest; Fire prevention; Meteorology

湘西州森林火險預(yù)警模型和共享系統(tǒng)建設(shè)項目(xxjc2016-064)。

鄭福維(1970- )，男，湖南龍山人，工程師，從事氣象預(yù)測預(yù)警工作。

2016-07-12

S 716

A

0517-6611(2016)27-0162-03