撫順市森林火險氣象等級預報研究與軟件開發(fā)

李若楠++李俊樂++鄭國偉++劉多文++馬曉穎++寧大可++沈斌++吳佳麗++李文博++劉明

摘要 當前撫順市氣象部門發(fā)布的森林火險天氣預報中，空間位置較粗略，以點帶面，預報方法單一落后、時效性較差，不能滿足各級森林防火工作的實際需求。為此，筆者引入新的森林火險氣象等級預報方法，采用修正的布龍-戴維斯方案計算森林火險氣象指數，建立本地動態(tài)氣象要素數據庫，研發(fā)撫順森林火險氣象預報平臺，實現動態(tài)計算撫順各地區(qū)森林火險氣象等級預報。

關鍵詞 森林火險氣象等級；相對濕潤度指數；修正的布龍-戴維斯方案；綜合氣象干旱指數；撫順森林火險氣象等級預報軟件

中圖分類號 S762.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）03-0162-02

撫順市地處遼寧東部山區(qū)，屬長白山系龍崗山脈，森林資源豐富，森林覆蓋率達67.92%。每年10月至次年3月是森林防火期，而氣象條件決定著森林火災的發(fā)生與蔓延，正確預報森林火災發(fā)生的可能性對森林防火和保護森林資源具有重要的意義。

從20世紀20年代開始，氣象和林業(yè)專家對森林火險氣象指數進行了研究。1928年，Wright僅簡單地以空氣相對濕度作為火險指數預報森林火險氣象等級[1]，1967年McArthur總結了McArthur火險尺[2]，之后，Noble等又在此基礎上總結了森林火險指數的計算式[3]。1998年國家氣象中心結合美國洛杉磯林業(yè)試驗站布龍-戴維斯方案，利用特大火災歷史數據庫反復驗證，研制出了國家級森林火險氣象指數[4]。本文以撫順章黨、清原、新賓為例，建立森林火險氣象數據庫，采用修正的布龍-戴維斯方案，研發(fā)森林火險氣象等級預報軟件并開展業(yè)務化運行。

1 預報方法的研究

森林火險氣象指數FFDI是反映森林起火難易程度的氣象指標；森林火險氣象等級FFDR反映森林起火難易程度氣象指標的等級，即對FFDI進行等級劃分。

1.1 相對濕潤度指數計算方法

本文采用《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2006）中推薦使用的相對濕潤指數指標，相對濕潤度指數是表征某時段降水量與蒸發(fā)量之間平衡關系的指標之一。公式為：

M=（P-PE）/PE（1）

式中：P—某時段的降水量（mm）；PE—某時段的可能蒸散量（mm），用Thornthwaite方法計算。

1.2 可能蒸散量的經驗公式

Thornthwaite方法是《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2006）中推薦的求算可能蒸散量的經驗公式。公式為：

式中：PEM—可能蒸散量，是指月可能蒸散量（mm/月）；Ti—月平均溫度（℃）；H—年熱量指數；A—常數。

A=6.75×10-7H3-7.71×10-5H2+1.792×10-2H+0.49。

當月平均氣溫Ti≤0 ℃時，月熱量指數Hi=0，月可能蒸散量PEm=0（mm/月）。

1.3 標準化降水指數計算方法

本文采用《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2006）中推薦的標準化降水指標（簡稱SPI），是在計算出某時段內降水量的Г分布概率后，再進行正態(tài)標準化處理，最終用標準化降水累計概率分布來劃分干旱等級，最終計算公式如下：

1.4 綜合氣象干旱指數的計算方法

本文采用《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2006）中推薦的綜合氣象干旱指數（CI），既反映短時間尺度（月）和長時間尺度（季）降水量氣候異常情況，又反映短時間尺度（影響農作物）水分虧欠情況。該指標適合實時氣象干旱監(jiān)測和歷史同期氣象干旱評估，計算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30（8）

式中：Z30、Z90—分別為近30 d和90 d標準化降水指數SPI，由式（7）得；M30—近30 d相對濕潤度指數，由式（1）得；a—為近30 d標準化降水系數，由達輕旱以上級別Z30的平均值除以歷史出現最小Z30值，平均取0.4；b—為近90 d標準化降水系數，由達輕旱以上級別Z90的平均值除以歷史出現最小Z90值，平均取0.4；c—為近30 d相對濕潤系數，由達輕旱以上級別M30的平均值除以歷史出現最小M30值，平均取0.8。

通過式（8），利用前期平均氣溫、降水量，可以滾動計算出每天綜合氣象干旱指數（CI），進行干旱監(jiān)測。

1.5 修正的布龍-戴維斯方案

采用布龍-戴維斯火險標尺法計算的森林火險氣象指數為U，即選取相對濕度、風速、可燃物濕度、溫度及降水間隔日數等因子，并把這些因子作為火災危險度的變量[4]?；馂奈ｋU度指標是各變量貢獻之和，各變量均用百分數表示，U的表達式為：

U（V，T，F，M）=f（V）+f（T）+f（F）+f（M）（9）

式中：U—森林火險氣象指數，V—14：00風速（m/s），T—14：00氣溫（℃），F—可燃物濕度+相對濕度×0.25。

經過指數訂正，得到最終的森林火險氣象指數FFDI：

FFDI=U×Cr（10）

式中，Cr—降水量修正系數，當日有降水取值為0，當日無降水取值為1。修正方案中氣象因子及其指數查對見表1。采用修正的布龍-戴維斯方案計算的森林火險氣象指數U1表達式為：

U1（V，T，F，M）=f1（V）+f1（T）+f1（F）+f1（M）（11）

根據《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2006）綜合氣象干旱指數CI>-0.6屬于無旱類型，CI的計算見式（8）。依據遼寧省地方標準《森林防火技術規(guī)程》（DB21/T2732—2017）以及《森林火險氣象等級國家標準征求意見稿》，將森林火險氣象等級分為5個等級。規(guī)定FFDI與FFDR命名對照以及森林火險氣象等級的描述見表2。endprint

2 森林火險氣象等級預報模型

每日20：00自動提取本地氣象自動站數據庫中前1 d 20：00至當天20：00各預報站點的降水量、日最高溫度、日最低溫度，經過計算建立逐日降水量、日平均氣溫、月平均氣溫數據庫，通過選擇日期，采用修正的布龍-戴維斯方案計算得出撫順各地區(qū)的森林火險氣象等級，并展示在界面上[5-7]。系統概念模型如圖1所示。

3 森林火險氣象等級預報軟件實現

當日20：00前運行森林火險氣象等級預報軟件，界面默認顯示為前1 d結果，以2017年10月8日章黨、清原、新賓站為例（圖2）；當日20：00以后運行森林火險氣象等級預報軟件，界面默認顯示為當天結果?？赏ㄟ^改變日期顯示指定日期的森林火險氣象等級預報結果。通過參數設置可對數據來源、火險等級描述、自動站數據庫連接參數和擬預報臺站進行設置。

4 結論

采用修正的布龍-戴維斯方案，建立本地森林火象氣象數據庫，通過森林火險等級預報軟件可以實現實時滾動的森林火險氣象等級預報，并可精確到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，滿足各級森林防火工作的實際需求，對于加強森林防火工作，防范火災發(fā)生具有重要意義[8-9]。

5 缺點及不足

修正的布龍-戴維斯方案中所選的因子均基于氣象自動站實況數據，若某自動氣象站缺少對某個因子的采集，如相對濕度因子，則此方法就不適用。目前撫順市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象自動站多為四要素自動站，滿足修正的布龍-戴維斯方案的代表站較少，以后可以通過增加多要素氣象自動站的建設解決此問題。

6 參考文獻

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