森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)應(yīng)用研究

于茜 李靜 何龍 曾曉明 錢(qián)達(dá)

摘 要：森林生態(tài)系統(tǒng)是保護(hù)和改善人類(lèi)生存環(huán)境的重要支柱，具有促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境的雙重作用，但春秋季節(jié)頻發(fā)的森林火災(zāi)給環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了很大損失，預(yù)測(cè)森林火險(xiǎn)的發(fā)生等級(jí)對(duì)于森林資源的管理具有重要意義。文章利用Matlab軟件，將最高氣溫、最小相對(duì)濕度、最大風(fēng)速、降水量的逐日氣象數(shù)據(jù)和遙感植被數(shù)據(jù)輸入森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)模型，應(yīng)用于大興安嶺地區(qū)，最后利用火災(zāi)樣本數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木?。結(jié)果表明，根據(jù)matlab森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)模型可以預(yù)測(cè)森林地區(qū)的火險(xiǎn)等級(jí)，識(shí)別火災(zāi)發(fā)生概率高的期間和區(qū)域，有助于森林管理員的防火措施工作，能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)規(guī)劃合理的飛行路線提供參考。

關(guān)鍵詞：森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)；氣象因素；植被覆蓋度

中圖分類(lèi)號(hào)：S762.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）27-0047-02

Abstract： Forest ecosystem is an important pillar to protect and improve the living environment of human beings. It has the dual functions of promoting the development of social economy and regulating the ecological environment. But the frequent forest fire in spring and autumn has brought a lot of losses to the environmental construction and economic development. It is of great significance to predict the occurrence grade of forest fire insurance for the management of forest resources. Using Matlab software， the daily meteorological data of maximum temperature， minimum relative humidity， maximum wind speed and precipitation and remote sensing vegetation data are inputted into forest fire danger weather grade model and applied to Daxing'anling area. Finally， the accuracy of the model is tested by the fire sample data. The results show that according to the model of Matlab forest fire danger grade forecast system， the fire danger grade of forest area can be predicted， and the period and area with high probability of fire occurrence can be identified， which is helpful to the fire prevention measures of forest managers. It can provide reference for the UAV to plan a reasonable flight path.

Keywords： forest fire danger grade forecast； meteorological factors； vegetation coverage

引言

森林火災(zāi)是指失去人為控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴(kuò)展，對(duì)森林、森林生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)帶來(lái)一定危害和損失的林火[1]。我國(guó)頻繁發(fā)生的森林火災(zāi)給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了極大的損失。因此對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行積極有效的預(yù)防和控制一直以來(lái)都是十分重要的研究課題[2]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)的研究模型有多種，國(guó)外有實(shí)效濕度法、聶斯切洛夫綜合指數(shù)法、美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)、加拿大森林火災(zāi)天氣指標(biāo)系統(tǒng)（FWI）和馬卡什研究的林火預(yù)報(bào)的森林火險(xiǎn)尺等方法，我國(guó)有綜合指標(biāo)法、風(fēng)速補(bǔ)正綜合指標(biāo)法、雙指標(biāo)法、801火險(xiǎn)尺法和全國(guó)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)等[3-6]。然而，我國(guó)目前的森林火災(zāi)預(yù)測(cè)主要在模型的研究階段，缺乏對(duì)模型的應(yīng)用和精度檢驗(yàn)，但是對(duì)森林火災(zāi)預(yù)測(cè)的需求中，模型應(yīng)用于實(shí)際的預(yù)測(cè)精度是不容忽視的[8]。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)和數(shù)據(jù)

大興安嶺地區(qū)位于黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地處116°49′-126°38′E，47°1′-53°28′N(xiāo)之間，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。林區(qū)地形總體呈東北-西南走向，屬淺山丘陵地帶，北部、西部和中部高。因地理位置及海拔高度的不同，呈現(xiàn)不同的森林植被類(lèi)型，具有代表性的有杜鵑落葉松林、越桔落葉松林、杜香落葉松林、草類(lèi)落葉松林和白樺落葉松林等。

研究中使用的氣象數(shù)據(jù)是中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn）提供的位于大興安嶺地區(qū)25個(gè)氣象站點(diǎn)的逐時(shí)日最高溫度、日最小相對(duì)濕度、最大風(fēng)速和降水量數(shù)據(jù)。植被數(shù)據(jù)是由USGS網(wǎng)提供的250m植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)（MOD13Q1）計(jì)算得到。

2 森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)原理和技術(shù)

2.1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)依據(jù)《中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-全國(guó)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)》中的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)預(yù)測(cè)區(qū)域火險(xiǎn)等級(jí)[9]，此模型適用于全國(guó)各類(lèi)林區(qū)的森林防火期的火險(xiǎn)天氣等級(jí)評(píng)定?；痣U(xiǎn)等級(jí)的算法見(jiàn)公式（1）。

公式（1）中，HTZ是火險(xiǎn)等級(jí)，A、B、C、D、E分別代表最高氣溫、最小相對(duì)濕度、最大風(fēng)速、降水量和植被覆蓋度。

3 結(jié)果與討論

3.1 大興安嶺地區(qū)火險(xiǎn)等級(jí)

根據(jù)2017年5月2日、2017年5月17日在大興安嶺地區(qū)不同林場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)期間的氣象和植被數(shù)據(jù)，計(jì)算火災(zāi)發(fā)生前該林場(chǎng)的火險(xiǎn)等級(jí)。結(jié)果如圖2，不規(guī)則多邊形內(nèi)是發(fā)生火災(zāi)的林場(chǎng)。

3.2 森林火險(xiǎn)等級(jí)的影響因素

3.2.1 氣溫

林火多發(fā)生于白天氣溫最高的時(shí)間段，因?yàn)闅鉁厣吣軌蚋淖兛扇嘉锏奈锢硇再|(zhì)，使可燃物的溫度升高、含水量變小，易接近燃點(diǎn)，林火發(fā)生后，高溫促使火勢(shì)更加猛烈?，F(xiàn)代的林火預(yù)報(bào)從兩方面來(lái)考慮溫度作用：可燃物本身溫度和土壤溫度，共同影響可燃物點(diǎn)燃的難易程度。溫度的變幅和累積對(duì)林火的發(fā)生和蔓延都會(huì)產(chǎn)生影響，大火發(fā)生會(huì)引起氣溫升高，是區(qū)域著火與否的主要指標(biāo)。

3.2.2 降水

森林火災(zāi)預(yù)報(bào)模型主要使用降水量和降水持續(xù)時(shí)間，以及降水后的連續(xù)干旱天數(shù)作為輸入。降水量大小直接影響林區(qū)可燃物的含水量，可燃物含水量越高，著火率越低；可燃物含水量越低，著火率越高。如果降水量減少，無(wú)雨日數(shù)較長(zhǎng)，森林中的可燃物含水量不斷下降，森林火災(zāi)發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性也隨之增大。降水是火災(zāi)發(fā)生、火勢(shì)蔓延的抑制因子，降水量與森林火災(zāi)呈負(fù)相關(guān)。

3.2.3 相對(duì)濕度

空氣相對(duì)濕度是森林能否燃燒以及林火蔓延速度的重要參數(shù)。相對(duì)濕度關(guān)系到可燃物的著火和火勢(shì)蔓延，當(dāng)空氣相對(duì)濕度小于可燃物含水量的情況下，可燃物的水分就會(huì)向外滲透，水分蒸發(fā)快，極易燃燒，發(fā)生森林火災(zāi)的可能性大，并且著火后很容易蔓延?？諝鉂穸葘?duì)細(xì)小可燃物含水率影響最大，對(duì)易燃性有重要影響，相對(duì)濕度大，細(xì)小可燃物水分附著量大，引起火災(zāi)的可能性小，反之，引起火災(zāi)的可能性大。

3.2.4 風(fēng)速和植被覆蓋度

風(fēng)是預(yù)報(bào)中的重要因素，風(fēng)能夠加速可燃物的水分蒸發(fā)使可燃物變得易燃，也能帶來(lái)氧氣，增大火勢(shì)。近地面的風(fēng)，強(qiáng)烈受地形起伏和局部溫度的影響，它不僅能夠加速水分蒸發(fā)，促使林區(qū)植物干燥，加大火災(zāi)發(fā)生的可能性，而且在森林火災(zāi)發(fā)生后，風(fēng)還能使火源得到充分的氧氣供應(yīng)，加快燃燒的速度，變小火為大火。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，森林火險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)測(cè)綜合了影響火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的氣象條件和可燃物狀態(tài)。多個(gè)影響因子（日最高氣溫、日最小相對(duì)濕度、降水量、最大風(fēng)速）的綜合作用可以預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)等級(jí)和火災(zāi)擴(kuò)展的嚴(yán)重程度?；谀Ｐ蛯?duì)森林火險(xiǎn)等級(jí)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，可以使森林保護(hù)部門(mén)高效快速準(zhǔn)確的確定火災(zāi)危險(xiǎn)高的區(qū)域，及時(shí)采取防護(hù)措施，避免火災(zāi)發(fā)生。

森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警是一項(xiàng)復(fù)雜有重要需求的工作，在后期的工作中，我們將引入影響火災(zāi)發(fā)生的其他因子，例如地形，植被類(lèi)型等提高火險(xiǎn)預(yù)測(cè)精度，使模型的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確。

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