加拿大林火研究與管理的思考與啟示

徐宏偉,邱天琦,劉斯文,儲(chǔ)菊香

(1.國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100010；2.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院,北京 100083；3.中國(guó)綠色時(shí)報(bào)社,北京 100714；4.國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100714)

加拿大林火研究與管理的思考與啟示

徐宏偉1,邱天琦2,劉斯文3,儲(chǔ)菊香4

(1.國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100010；2.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院,北京 100083；3.中國(guó)綠色時(shí)報(bào)社,北京 100714；4.國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100714)

分析了加拿大林火管理的歷史、林火管理的過(guò)程與其林火決策支持系統(tǒng),加拿大林火研究的系統(tǒng)性、延續(xù)性，以及重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理等都是值得我國(guó)林火管理借鑒之處,提出了加強(qiáng)林火基礎(chǔ)性科研投入、加強(qiáng)科研與林業(yè)實(shí)踐單位的協(xié)調(diào)合作、建立符合中國(guó)特色的林火管理模式等相關(guān)建議。

林火；管理；預(yù)測(cè)；評(píng)估

0 引言

森林是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)。森林具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、改善土壤等巨大的生態(tài)效益。但據(jù)世界氣象組織2015年報(bào)告,過(guò)去10年是地球歷史上最熱的10年,隨著厄爾尼諾現(xiàn)象的持續(xù)發(fā)展,高溫干旱等極端天氣必將引起森林火災(zāi)的高發(fā)。2016年加拿大、美國(guó)、葡萄牙等歐美國(guó)家相繼爆發(fā)罕見的森林大火,特別是加拿大阿爾伯塔省的森林大火造成了8萬(wàn)多人流離失所者,成為加拿大歷史上最嚴(yán)重的森林火災(zāi)[1]。

據(jù)我國(guó)第八次森林資源連續(xù)清查(2009—2013)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[2],我國(guó)森林面積2.08億hm2,森林覆蓋率21.63%，活立木總蓄積164.33億m3,森林蓄積151.37億m3。我國(guó)森林面積和森林蓄積雖然分別位居世界第5位和第6位,但我國(guó)仍然是一個(gè)缺林少綠、生態(tài)脆弱的國(guó)家,森林覆蓋率遠(yuǎn)低于全球31%的平均水平,人均森林面積僅為世界人均水平的1/4,人均森林蓄積只有世界人均水平的1/7。所以有限的森林資源面對(duì)我國(guó)日益增長(zhǎng)的生態(tài)需求來(lái)說(shuō)顯得彌足珍貴。隨著我國(guó)森林資源的持續(xù)增長(zhǎng),受傳統(tǒng)習(xí)俗影響以及林下經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的增加,我國(guó)森林防火形勢(shì)也很嚴(yán)峻。

加拿大是個(gè)森林資源大國(guó),擁有豐富的森林資源。森林總面積440萬(wàn)km2,相當(dāng)于世界森林面積的10%、亞洲森林面積的總和。森林覆蓋率為45%,人均18.8hm2,是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中按人口平均最多的國(guó)家之一[3]。加拿大的林火研究開展較早并且系統(tǒng)地延續(xù)下來(lái),積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),對(duì)我國(guó)林火管理極具借鑒意義。本文從加拿大林火管理的現(xiàn)狀、林火研究的歷史、林火信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面進(jìn)行分析思考,以期對(duì)我國(guó)的林火管理有所借鑒。

1 加拿大的林火研究歷史

加拿大林務(wù)局系統(tǒng)的林火研究最早始于20世紀(jì)20年代。比較著名的是加拿大的林學(xué)家J.G.Wright從1925年開始在BC省和紐芬蘭進(jìn)行的林火天氣、林下可燃物與林火之間相關(guān)性的研究。在加拿大林務(wù)局的管理與協(xié)調(diào)下,林火行為研究保持了其延續(xù)性。

1) 20世紀(jì)20年代。安大略省查克湖的森林實(shí)驗(yàn)站是最早進(jìn)行小規(guī)模林火實(shí)驗(yàn)的,開始觀測(cè)森林氣象觀測(cè)、測(cè)定不同可燃物層次中的不同可燃物類別的樣本濕度。主要以松科和硬木為主。

2) 20世紀(jì)40—60年代。在加拿大林務(wù)局的牽頭下,林火研究拓展到所有的森林類型,在廣泛實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了通用的森林火險(xiǎn)指標(biāo),形成了加拿大森林火險(xiǎn)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)(Canadian Forest Fire Danger Rating System,CFFDRS)。

3) 20世紀(jì)60年代至今。加拿大林務(wù)局結(jié)合3S技術(shù)的最新成果,整合多年研究成果,形成完整的加拿大林火信息系統(tǒng)(CWFIS),在系統(tǒng)使用過(guò)程中不斷進(jìn)行完善與升級(jí)。

2 加拿大林火管理

林火行為是指森林可燃物的點(diǎn)燃、發(fā)展和蔓延的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是可燃物、天氣與地形綜合作用的結(jié)果。林火管理是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,加拿大林火管理依賴的核心是林火信息系統(tǒng)(CWFIS)。

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

加拿大林火管理與決策過(guò)程是基于科學(xué)的信息收集、整理、建模、分析的基礎(chǔ)上的。CWFIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流見圖1。

圖1 加拿大林火信息系統(tǒng)(CWFIS)

2.2 功能結(jié)構(gòu)

加拿大林火管理部門在CWFIS的輔助支持下,每天向公眾、媒體、科研人員、聯(lián)邦政府及國(guó)際機(jī)構(gòu)發(fā)布林火信息。CWFIS的5個(gè)子系統(tǒng)(圖2)涵蓋了林火評(píng)估，林火監(jiān)測(cè)、林火預(yù)測(cè)等子系統(tǒng)。CFFDRS(Canadian Forest Fire Danger Rating System)子系統(tǒng)綜合火場(chǎng)的眾多因素對(duì)全國(guó)發(fā)生的火情進(jìn)行評(píng)估；Fire M3子系統(tǒng)借助衛(wèi)星影像對(duì)全國(guó)的火點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別監(jiān)測(cè)；每月(季)對(duì)信息進(jìn)行匯總分析形成林火預(yù)測(cè)報(bào)告；FireMARS子系統(tǒng)基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)與林火信息跟蹤過(guò)火區(qū)以及碳排放量。

圖2 CWFIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

這個(gè)信息系統(tǒng)中,CFFDRS是核心模塊。林火監(jiān)測(cè)、跟蹤及評(píng)估是加拿大林火管理部門的主要任務(wù)。林火監(jiān)測(cè)需要加拿大聯(lián)邦、省以及地方林務(wù)部門的協(xié)調(diào)合作才能完成。加拿大的林火管理者認(rèn)為,數(shù)以百計(jì)的雷擊火或者人為林火中,并不是每一場(chǎng)火都需要人為撲救。囿于有限的撲火資源,有必要對(duì)這些林火加以評(píng)價(jià)和甄別。

林務(wù)部門借助CFFDRS系統(tǒng)提供的信息進(jìn)行決策,這個(gè)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最久范圍最廣的林火輔助決策系統(tǒng)。CFFDRS林火輔助決策系統(tǒng)主要由兩部分組成：林火天氣指數(shù)FWI與林火行為預(yù)測(cè)FBP，林火天氣指數(shù)FWI子系統(tǒng)依據(jù)氣象因子計(jì)算森林火險(xiǎn)(人為火與雷擊火)，林火行為預(yù)測(cè)FBP子系統(tǒng)可以評(píng)價(jià)某一森林類型發(fā)生的林火強(qiáng)度與可能的林火損失，從而為精準(zhǔn)的林火決策服務(wù)。隨著遙感與信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，CFFDRS也在不斷發(fā)展完善之中，可以說(shuō)，CFFDRS林火輔助決策系統(tǒng)奠定了加拿大在林火管理方面全球的領(lǐng)先地位。

2.3 加拿大林火信息共享與協(xié)調(diào)

加拿大的林火管理基本上是基于CWFIS這個(gè)信息系統(tǒng)。由于林火撲救是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,值得一提的是加拿大成立了一個(gè)協(xié)調(diào)部門CIFFC,這個(gè)部門同時(shí)負(fù)責(zé)各方信息的收集與匯總,這個(gè)結(jié)構(gòu)三分之一的經(jīng)費(fèi)來(lái)源于聯(lián)邦政府,三分之二來(lái)源于各省及地方。林火信息發(fā)布界面如圖3[4]。

圖3 加拿大林火信息發(fā)布

2.4 對(duì)林火管理的再認(rèn)識(shí)

加拿大的林火管理經(jīng)歷了一個(gè)再認(rèn)識(shí)的過(guò)程。加拿大林務(wù)局認(rèn)為,林火管理的目標(biāo)不僅是林火撲救,也要綜合考慮生態(tài)的、野生生物及土地利用等的多目標(biāo)。加拿大對(duì)待林火的態(tài)度近些年發(fā)生了明顯的改變。20世紀(jì)林火撲救是主要的目標(biāo),隨著20世紀(jì)70年代以后,林火生態(tài)方面有益性的一面逐漸被人們認(rèn)識(shí),對(duì)林火的科學(xué)評(píng)價(jià)顯得至關(guān)重要。決定一場(chǎng)林火是撲滅它還是任其燃盡的決定因素,在于林火管理者們對(duì)其的評(píng)估等級(jí),高優(yōu)先級(jí)的地區(qū)是居民區(qū)、高附加值的森林及游憩區(qū),邊遠(yuǎn)的低經(jīng)濟(jì)價(jià)值的森林撲火優(yōu)先級(jí)較低。

談到2016年加拿大麥克默里堡森林大火,艾伯塔大學(xué)的麥克·弗蘭尼根、萊斯布里奇大學(xué)的朱迪斯·庫(kù)利格等林火研究專家都認(rèn)為,此次火情如此失控以及今年以來(lái)林火數(shù)目明顯多于同期,主要就是受到全球變暖的升溫和厄爾尼諾下的干旱的雙重夾擊[5]。在外部環(huán)境不容易控制的情況下,如果能定期清理森林里的“可燃物”,就如釜底抽薪,是消除火災(zāi)隱患的關(guān)鍵一環(huán)。因此包括我國(guó)在內(nèi)很多國(guó)家,如今已經(jīng)開始用“計(jì)劃燒除法”來(lái)防范林火失控。所謂計(jì)劃燒除,是指在規(guī)定的區(qū)域內(nèi),預(yù)先人為燒除森林中的草叢、枯枝敗葉或其他植被,還能燒掉外來(lái)入侵物種,保護(hù)森林生態(tài)。

3 對(duì)我國(guó)林火管理的啟示

3.1 林火研究的持續(xù)性

加拿大林火研究的持續(xù)性為科學(xué)的林火管理打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自20世紀(jì)20年代開始,加拿大深入持續(xù)的林火研究進(jìn)行了近百年,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)與研究成果,構(gòu)建了適合加拿大的林火評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、火險(xiǎn)區(qū)劃與林火蔓延模型,在最新3S技術(shù)的支撐下,能夠?qū)θ珖?guó)的林火每天實(shí)時(shí)監(jiān)控、評(píng)估,實(shí)現(xiàn)了較為科學(xué)的林火管理。

我國(guó)自1987年大興安嶺森林大火以來(lái),國(guó)家加大了對(duì)森林防火基礎(chǔ)設(shè)施的投入,極大地改善了森林防火狀況,提升了森林防火補(bǔ)救和控制能力。但在林火管理方面的科研投入相形見絀,最近二三十年來(lái)多以小地域范圍的林火科研項(xiàng)目為主。林業(yè)部森林防火辦公室1991年組織相關(guān)專家審核通過(guò)了《全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》[6-7]標(biāo)準(zhǔn),并于2008年委托國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院進(jìn)行了重新完善改進(jìn),極大地推動(dòng)了全國(guó)林火管理工作；黃寶華等[8]應(yīng)用AHP方法對(duì)山東省林火火險(xiǎn)區(qū)劃的研究;杜堯東等[9]應(yīng)用灰色聚類方法探討了河南省60個(gè)縣市林場(chǎng)的森林火險(xiǎn)區(qū)劃；徐虹等[10]應(yīng)用因子加權(quán)疊置綜合分析法對(duì)云南省的森林火險(xiǎn)區(qū)劃進(jìn)行了研究。以上這些國(guó)內(nèi)的林火研究多是小范圍、小區(qū)域探討性的研究,缺乏全國(guó)區(qū)域系統(tǒng)性的研究。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效組織

林火管理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,森林火險(xiǎn)因子涉及森林植被可燃物類型、森林氣象、地形地貌以及人文環(huán)境等,加拿大林務(wù)工作者應(yīng)用3S技術(shù)的最新成果對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效組織為科學(xué)的林火管理提供了支撐,也保證了林火管理的實(shí)效性與有效性。我國(guó)雖然在2002年利用中日林火項(xiàng)目對(duì)3S技術(shù)的在林火上的綜合應(yīng)用[11-13]進(jìn)行了有益的探索,但是后續(xù)沒有進(jìn)一步的研究。

隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)建設(shè)的重視,對(duì)森林防火的投入逐年增加。建議我國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)林火基礎(chǔ)性科研投入、加強(qiáng)科研與實(shí)踐單位的協(xié)調(diào)與合作、建立符合中國(guó)特色的林火管理模式。

[1]加拿大西部發(fā)生嚴(yán)重森林火災(zāi)[EB/OL].中國(guó)森林防火網(wǎng)，(2016-05-06)[2017-06-30].http://www.slfh.gov.cn/slfhw/Item/22619.aspx

[2]國(guó)家林業(yè)局.第八次全國(guó)森林資源清查主要結(jié)果(2009-2013年)[EB/OL].(2014-02-25)[2017-07-01].http://www.forestry.gov.cn/main/65/content-659670.html.

[3]加拿大林業(yè) [EB/OL].中國(guó)森林防火網(wǎng)，(2013-08-14)[2017-06-23].http://canada.forestry.gov.cn/article/530/531/545/2013-06/20130611-1..34159.html.

[4]加拿大林務(wù)局.Natural Resources Canada[EB/OL].(2016-05-06)[2017-06-29].http://www.nrcan.gc.ca/home.

[5]加拿大林火背后的冷思考[EB/OL].新華每日電訊，(2013-08-14)[2017-06-23].http://news.xinhuanet.com/mrdx/2016-05/11/c_135350056.htm.

[6]林業(yè)部森林防火辦公室.為我國(guó)森林防火管理工作的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化而努力[J].森林防火,1992,32(1):39.

[7]國(guó)家林業(yè)局.全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)(LY/T 1063-2008)[S].

[8]黃寶華,張華,孫治軍.基于層次分析(AHP)的山東林火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究[J].火災(zāi)科學(xué),2014,23(4):225-232.

[9]杜堯東,羅襄生,李增祿,等.灰色聚類方法在森林火險(xiǎn)區(qū)劃中的應(yīng)用[J].河南內(nèi)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,30(1):72-76.

[10]徐虹,程晉昕,余凌翔.基于GIS的云南省森林火險(xiǎn)區(qū)劃研究[J].中國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè),2016(10):199-202.

[11]儲(chǔ)菊香.基于Web的森林火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].林業(yè)資源管理,2003(5):58-60.

[12]高金萍,李應(yīng)國(guó).基于ArcGIS技術(shù)的森林防火輔助決策系統(tǒng)的研制[J].林業(yè)資源管理,2003(2):54-57.

[13]曾慶峰,趙晨.廣東省森林防火綜合應(yīng)用系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].林業(yè)資源管理,2012(4):118-122.

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FOREST RESOURCES MANAGEMENT

No.4,August 2017

Table of Contents

Integrated Management and Administration

Analysis of Arid and Humid Conditions in Desertification Area in China

KongXiangji,SunTao(1)

Problem Research on the Management System of Wetland Protection in China

YuTao(7)

Research on Standard Framework of Forestry Internet of Things

GuHongbo,BaiYing,ZhuoLan(13)

Study on the Development Strategy of Woody Grain and Oil Industry in Henan Province

ZhaoXiaodong,YangChaoxing,LiuGuowei(18)

Scientific Research

Dominant Height-Diameter Models for Mixed Quercus Forest Based on Dummy Variable

ZhuGuangyu,LuoXiaolang(22)

Analysis and Research on the Optimal Annual Forest Felling Volume of Forest Management Units

OuyangJunxiang，LuZeyang(30)

Study on the Target Tree Density ofPhoebeBourneiPlantation Based on Competition Relationship of Forest Trees

ShiLe,LiJiping,ZhaoChunyan,etal(37)

Research on Prediction of Forest Resources and the Carbon Sequestration Potential in Yunnan Province

YangYing,HuangGuosheng,WangXuejun,etal(44)

Research on the Forest Fire Susceptibility Spatial Distribution of Voronoi and Conditional Entropy

XieShaofeng,OuyangJunxiang,XiaoHuashun(50)

Assessing the Impacts of Forest Background Reflectance on Estimating Aboveground Biomass

LuXiaoman,ZhengGuang,JuWeimin,etal(59)

Community Structure and Species Diversity of the Ravine Secondary Forest in Mengshan of Shandong Province

GaoYuan,LiuJian,ZhaoWeiguang(69)

Application of Dummy Variable in the Research ofPinusDensataStock Volume Inversion Model

WangZongmei,XuTianshu,YueCairong,etal(75)

Subalpine Coniferous Forest Crown Information Automatic Extraction Based on Optical UAV Remote Sensing Imagery

WangMeimei,LinJiayuan,LinYi,etal(82)

Study on Classification Methods Based on Remote Sensing Image and Forest Resources Management Survey Data

ZhangNaijing,HouRuixia,JiPing(89)

Spatial-temporal Changes of Vegetation Cover in Karamay Region Based on Spatial Auto-correlation Analysis and FVC

WangXiyuan,DiLinigeer,ShiQingdong,etal(97)

Wetland Plant Extraction Based on the Time Series Landsat NDVI in Dongting Lake Area

LiuXiaonong,XingYuanjun,LuoPeng(103)

Study on Remote Sensing Classification of Typical Forest Types in Central Yunnan Based on Endmember Extraction

HuangTian,ZhangChao,JiYitao,etal(110)

Soil Distribution Characteristics,Physical and Chemical Properties in Lhasa Valley

LuZeyang(117)

Analysis on Urban Forest Landscape Pattern and Its Dynamic Changes in Zhucheng City

YangJinming,LiShimei,HuDingmeng,etal(124)

Estimation of Hickory Yield Based on Landsat TM Remote Sensing Data

LiXiaoyu,HuangXingzhao,WangXuejun,etal(131)

Landscape Health Assessment of Xihu National Wetland Park in Eryuan of Yunnan Province

FuYuanxiang,LiYue,HanYingying,etal(135)

Distribution of Ecological Non-commercial Forest in Core Area of Minjiang River Basin Based on Hydrologic Analysis and Geometric Network

XuXueling(142)

New Development in Other Countries

Data Validation Analysis of Forest Resources Inventory for Planning of Russia

ZhiChanggui,ZhengDongmei,WangLiuru,etal(151)

Thought on Canada Forest Fire Research and Management

XuHongwei,QiuTianqi,LiuSiwen,etal(155)

Basic Parameters:CN11-2108/S*1979*b*16*160*zh*P*￥20.00*1500*24*2017-08

Thought on Canada Forest Fire Research and Management

XU Hongwei1,QIU Tianqi2,LIU Siwen3,CHU Juxiang4

(1.Planning&DesignInstituteofForestProductsIndustry,SFA,Beijing100010,China;2.LandscapeArchitectureSchool,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;3.ChinaGreenTimes,Beijing100714,China；4.AcademyofForestInventoryandPlanning,SFA,Beijing100714,China)

The paper analyzed the history and process of Canada forest fire management,and the management support information system was introduced.Valuable lessons,as taking fundamental forest fire research seriously,collecting forest fire related data persistently,were put forward for Chinese forest fire management,and some related suggestions,as increasing the input in basic forest fire research,strengthening the cooperation between scientific research and management agencies,building the forest fire management mode with Chinese characteristics,are proposed.

forest fire,management,forecast,assessment

2017-07-01；

2017-07-17

徐宏偉(1987-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，主要從事林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目工程造價(jià)管理工作。 Emai:xuhongwei.1987@163.com

儲(chǔ)菊香，高工，碩士，主要從事林業(yè)信息管理工作。Email:chu0318@sina.com

S762

A

1002-6622(2017)04-0155-04

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.04.024