內(nèi)蒙古草原火災(zāi)發(fā)生規(guī)律及影響因素研究

王啟德，閆德民，郭 宇，焦福東

（南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023）

草原火災(zāi)作為一種自然現(xiàn)象，是草原生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。從草原產(chǎn)生之初就有火與之相伴，草原火災(zāi)的存在是草原生態(tài)系統(tǒng)得以維持和發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。草原生態(tài)系統(tǒng)具有防風(fēng)固沙、保持水土、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等功能[1]。中國(guó)是一個(gè)草原大國(guó)，草原面積3.93×108hm2，占國(guó)土總面積的41%。內(nèi)蒙古草原面積位居全國(guó)第二，占到7.88×107hm2，但由于其特殊的地形，氣候等因素，使內(nèi)蒙古草原火災(zāi)受害面積達(dá)到2.15×103hm2，占全國(guó)總草原火災(zāi)受害面積的70.5%，遠(yuǎn)超草原面積最大的西藏[2，3]。草原火災(zāi)的相關(guān)研究對(duì)于促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展以及草原火災(zāi)的防控起到重要作用。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古草原近20年（1997-2016）發(fā)生的火災(zāi)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)草原火災(zāi)發(fā)生在不同年際、不同季節(jié)等時(shí)間尺度上的變化規(guī)律，同時(shí)分析出降水、氣溫、風(fēng)及可燃物濕度等因素對(duì)內(nèi)蒙古草原火災(zāi)的影響，對(duì)于我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的管理和草原火災(zāi)的防控具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古位于中國(guó)北部，地跨我國(guó)東北、華北、西北3大地區(qū)，地理位置介于東經(jīng)97°10′～126°29′，北緯37°20′～53°20′，東西跨度約2400 km，南北相距1700 km，最高海拔高度3556 m，平均海拔1000 m左右。氣候?yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年降水量為50～450 mm，年平均溫度為5.1℃；季節(jié)降水不均勻，春季溫?zé)岣珊担募狙谉岫嘤?，秋冬季降水較少。內(nèi)蒙古草原分布有明顯的地帶性，類(lèi)型主要有草甸草原、典型草原、荒漠草原等。草地面積約占區(qū)域面積的66.8%[4]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于知網(wǎng)學(xué)術(shù)期刊（CNKI）有關(guān)內(nèi)蒙古草原火災(zāi)期刊文獻(xiàn)資料、《消防年鑒》（1997-2016）、《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》（1997-2016）及《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2018）等資料，提取的數(shù)據(jù)用于分析草原火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律和影響要素。利用Ex?cel對(duì)收集整理的草原火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖，總結(jié)草原火災(zāi)發(fā)生的不同年際、不同季節(jié)等時(shí)間尺度上的變化規(guī)律，同時(shí)分析降水、氣溫、風(fēng)及可燃物濕度等因素對(duì)內(nèi)蒙古草原火災(zāi)產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 內(nèi)蒙古草原火災(zāi)的時(shí)間分布規(guī)律

3.1.1 草原火災(zāi)的年際變化規(guī)律

1997-2016年近20年來(lái)內(nèi)蒙古共發(fā)生草原火災(zāi)883起，平均每年約44起。近20年來(lái)內(nèi)蒙古草原火災(zāi)整體呈波動(dòng)趨勢(shì)，如圖1所示。圖中呈現(xiàn)3峰態(tài)勢(shì)，并且有一定的周期性。1997年草原火災(zāi)次數(shù)出現(xiàn)第一個(gè)峰，隨后的兩年火災(zāi)次數(shù)急劇下降，1998年年降水量陡然增高，植物大量生長(zhǎng)，可燃物積累較多，使2000年出現(xiàn)了一個(gè)火災(zāi)次數(shù)的“小高峰”。之后的兩年里，由于可燃物的減少出現(xiàn)火災(zāi)“低谷”。2001年之后降水量逐年升高，草原植被的蓋度，高度增加，可燃物載量持續(xù)積累，致使草原火災(zāi)次數(shù)也不斷上升，在2005年達(dá)到第二個(gè)峰值。草原火災(zāi)的頻發(fā)也使可燃物載量急劇減少，之后的若干年內(nèi)，年火災(zāi)次數(shù)一直處于一個(gè)穩(wěn)定期。從2012年開(kāi)始，年火災(zāi)次數(shù)有一次得到了大幅度的升高，短短3年之內(nèi)再一次達(dá)到第3個(gè)高峰（圖1）。

圖1 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的年際變化

3.1.2 草原火災(zāi)的月變化規(guī)律

由圖2可以看出，內(nèi)蒙古草原火災(zāi)的月變化規(guī)律十分明顯，全年共有兩個(gè)峰，分別在4月和10月。內(nèi)蒙古火災(zāi)發(fā)生主要集中在春秋兩季。春耕和秋收時(shí)節(jié)，人們?cè)谝巴庥没疠^多，冬夏相對(duì)較少。降水主要集中在夏季（7-8月），雨熱同期，氣溫日較差大，植物白天光合作用強(qiáng)烈，夜間呼吸作用微弱，致使植物體內(nèi)大量積累有機(jī)物，植物生長(zhǎng)旺盛，含水率大；白天氣溫較高的時(shí)候蒸騰作用劇烈，致使空氣中水分含量加增大。所以，此時(shí)段幾乎沒(méi)有草原火災(zāi)產(chǎn)生。秋季（9-11月）氣溫下降快，降水減少，晝夜溫差大，地被物凋落、枯死，易燃可燃物載量急劇上升，再加上此時(shí)段是秋收時(shí)節(jié)，人們野外用火增加，容易造成跑火，蔓延成草原火災(zāi)。冬季（12-2月）的氣溫除了14時(shí)左右可以達(dá)到0℃以上，多數(shù)時(shí)間都在0℃以下。所以，降雪融化緩慢，隨積雪的積累，可燃物被覆蓋，很難形成連續(xù)燃燒，此時(shí)段少有草原火災(zāi)發(fā)生。春季（3-6月）火災(zāi)發(fā)生次數(shù)是全年中最多的季節(jié)，占到全年火災(zāi)總次數(shù)的70%以上，人類(lèi)活動(dòng)變得頻繁，開(kāi)春耕種，清明節(jié)上墳燒紙等造成火源增多，并且在4月份的風(fēng)速是全年月平均風(fēng)速最大月份，特別容易造成跑火。所以，4月份是全年草原火災(zāi)的最高峰。

圖2 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的月變化

3.1.3 草原火災(zāi)的時(shí)變化規(guī)律

圖3 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的時(shí)變

由圖3可知，草原火災(zāi)發(fā)生的時(shí)段主要集中在白天，即早上8點(diǎn)到晚上6點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段。這個(gè)時(shí)間段也是人們生活，工作最活躍的時(shí)段，說(shuō)明草原火災(zāi)的日變化與人們的日常生活息息相關(guān)。早上8點(diǎn)到晚上6點(diǎn)這個(gè)時(shí)段剛好是牧民外出放牧，農(nóng)民春耕秋收，人員和車(chē)輛活動(dòng)最頻繁的時(shí)段，其中11時(shí)至下午3時(shí)是每日氣溫最高、風(fēng)速最大、相對(duì)濕度最低的時(shí)段。這個(gè)時(shí)段有火源的產(chǎn)生很容易形成草原火災(zāi)，是草原火災(zāi)發(fā)生時(shí)段的高峰期。下午6時(shí)至次日7時(shí)是人類(lèi)活動(dòng)最小，此時(shí)段氣溫低、風(fēng)速小、濕度大，不利于草原火災(zāi)的蔓延。所以，少有草原火災(zāi)在此時(shí)段發(fā)生。

3.2 內(nèi)蒙古草原火災(zāi)發(fā)生的主要影響因素

3.2.1 月降水量對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生的影響

圖4 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和降水量隨月份的變化

由圖4可以看出，降水主要集中在夏季，占全年降水量的70%～75%，一方面，降水既為植物的快速生長(zhǎng)提供了有利條件，又增加了空氣中的水分，使可燃物不容易連續(xù)燃燒，草原火災(zāi)難以蔓延。入秋后降水量減少，植物大面積干枯，草原可燃物大量增加，此季節(jié)又是人們秋收的季節(jié)，人員活動(dòng)頻繁，大量用火，草原火災(zāi)增多。冬季的降水主要以降雪為主，雪的覆蓋使可燃物與火源難以接觸，并且冬季氣溫低，日照時(shí)間短，積雪一旦形成，融化非常緩慢。春季空氣干燥，由于人們春耕，上墳燒紙等活動(dòng)，火源眾多，非常容易造成跑火，草原火災(zāi)易形成和蔓延。所以，此時(shí)段也是草原火災(zāi)災(zāi)最多的時(shí)段。

3.2.2 月平均溫度對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生頻次的影響

圖5 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和月平均溫度隨月份的變化

圖5的溫度曲線(xiàn)，整體呈現(xiàn)平滑態(tài)勢(shì)，但是3到4月份升溫較快，暴漲10℃左右。春天升溫使積雪快速融化，蒸發(fā)掉大量水分，可燃物被直接暴露出來(lái)，物候干燥，遇火就著。在10到11月份氣溫突降10℃左右。秋季溫度驟降，草原植物形成大量枯落物。一般情況下，同年產(chǎn)生的枯落物不能直接參與同年枯落物的分解，原因是溫度的急劇下降，造成土壤微生物活動(dòng)減緩甚至休眠，至少需要等到來(lái)年開(kāi)春才能開(kāi)始進(jìn)行降解。所以秋季有大量可燃物存在，遇到火源特別容易蔓延。這兩個(gè)氣溫的突變給草原帶來(lái)的最直接的作用是使可燃物突然增加。所以，在圖中4月和10月火災(zāi)發(fā)生次數(shù)上出現(xiàn)了全年中的兩個(gè)最高峰。

3.2.3 月平均風(fēng)速對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生頻次的影響

由圖6可知，風(fēng)速與草原火災(zāi)次數(shù)呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系。月平均風(fēng)速達(dá)到3級(jí)以上，很容易形成草原火災(zāi)，圖中全年火災(zāi)次數(shù)的最高點(diǎn)也是月平均風(fēng)級(jí)的最高點(diǎn)，表示火的蔓延很大程度上會(huì)受到風(fēng)速的影響，數(shù)據(jù)顯示，在有草原火災(zāi)發(fā)生的當(dāng)天，最大風(fēng)速大于7 m/s的概率為78.3%。

圖6 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和風(fēng)速隨月份的變化

3.2.4 月平均相對(duì)濕度對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生頻次的影響

由圖7可知，相對(duì)濕度與草原火災(zāi)次數(shù)有強(qiáng)烈的反相關(guān)關(guān)系。即濕度越大草原火災(zāi)發(fā)生的概率越小，濕度越小草原火災(zāi)發(fā)生的概率越大。相對(duì)濕度在60%以上時(shí)，幾乎無(wú)火災(zāi)發(fā)生；相對(duì)濕度在51%～59%之內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的概率也相對(duì)較?。幌鄬?duì)濕度在40%～50%之間有較多次數(shù)的草原火災(zāi)產(chǎn)生。相對(duì)濕度40%是草原火災(zāi)能否產(chǎn)生的一個(gè)閾值，細(xì)小可燃物在陽(yáng)光下是否可燃的閾值為30%～40%。

圖7 草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和相對(duì)濕度隨月份的變化

4 變化規(guī)律成因討論

4.1 草原火災(zāi)的時(shí)間變化規(guī)律

從圖1中可以看得出，在每一次火災(zāi)的高峰年之后的幾年里，都會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)低谷期或者平穩(wěn)期，說(shuō)明草原可燃物在自然界中是有限的，草原火災(zāi)的出現(xiàn)可以有效降低可燃物載量。草原火災(zāi)作為草原生態(tài)系統(tǒng)中的火因子，這里我們將二者當(dāng)作草原生態(tài)系統(tǒng)中兩種有機(jī)的組分，會(huì)發(fā)現(xiàn)草原火災(zāi)次數(shù)與可燃物載量存在著一種負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，可燃物載量會(huì)隨降水量的增多而逐漸增大，草原火災(zāi)發(fā)生頻次也相應(yīng)增多。同時(shí)，草原火災(zāi)的增多也限制了可燃物的持續(xù)增加，當(dāng)可燃物減少，草原火災(zāi)也隨之減少。二者的一消一漲之間構(gòu)成了一種動(dòng)態(tài)平衡，共同限制著草原可燃物載量的持續(xù)增多，使其穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)，相互制約，相互依存，在數(shù)量上形成一種動(dòng)態(tài)平衡。共同維護(hù)草原生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，為促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展提供保障。

草原火災(zāi)的發(fā)生在季節(jié)上呈現(xiàn)春季最多，秋季次之，冬夏兩季最少的特點(diǎn)，主要與草原上復(fù)雜的氣候密切相關(guān)。內(nèi)蒙古草原主要受溫帶大陸性氣候的影響，內(nèi)蒙古草原地處內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，又有大興安嶺和太行山脈的阻擋，海洋上產(chǎn)生的濕潤(rùn)氣團(tuán)難以到達(dá)，水汽匱乏。冬季受到西伯利亞寒流的影響，氣溫較為寒冷，以降雪為主，全年氣候冬冷夏熱，干燥少雨。春季南方暖氣團(tuán)向北推進(jìn)，但受到大興安嶺，太行山脈的阻擋，水汽不能通過(guò)，干熱的空氣繼續(xù)爬升，越過(guò)山脈，到達(dá)內(nèi)蒙古高原，使內(nèi)蒙古地區(qū)氣溫迅速回升，冰雪快速消融，物候極度干燥，再加上此時(shí)段是全年風(fēng)速最大的季節(jié)，非常有利于草原火災(zāi)的蔓延，所以春季也是草原火災(zāi)發(fā)生最頻繁的季節(jié)。草原火災(zāi)的發(fā)生在日變化中呈白天多，夜間少的特點(diǎn)，這主要與人們的作息規(guī)律有關(guān)。

4.2 降水對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生規(guī)律的影響

降水主要從兩方面影響草原火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展。一方面，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，降水是草原植物生長(zhǎng)繁殖的直接水源來(lái)源，也是植物生存的根本。降水的增多會(huì)使草原植物大量增多，也就是使草原可燃物載量大量增加，為草原火災(zāi)的產(chǎn)生奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，增大草原火災(zāi)的起火概率。另一方面，短期來(lái)看，降水會(huì)使空氣相對(duì)濕度升高，夏季降水較多的時(shí)候，草原火災(zāi)幾乎不會(huì)發(fā)生，短期內(nèi)降水的發(fā)生直接抑制草原火災(zāi)的發(fā)生[5]。

4.3 溫濕度及風(fēng)速對(duì)草原火災(zāi)發(fā)生的影響

溫度的變化最直接的影響是對(duì)植物體含水率的變化，溫度升高對(duì)于活體植物來(lái)說(shuō)蒸騰作用加劇，水分大量流失，高溫對(duì)于死可燃物來(lái)說(shuō)加速其體內(nèi)的水分蒸發(fā)，降低著火點(diǎn)，使得可燃物變得更加易燃。

大風(fēng)能帶走大量水汽，使可燃物加速干燥。在火蔓延的時(shí)候風(fēng)成了有力的“助推器”，既加快了火蔓延的速度，又為火的燃燒提供了源源不斷的新鮮空氣，助燃火勢(shì)，草原可燃物燃燒時(shí)風(fēng)向決定了火的下一步走向，風(fēng)速?zèng)Q定了火蔓延的速度，所以說(shuō)風(fēng)是草原火災(zāi)蔓延的重要影響因子之一。相對(duì)濕度是直接衡量可燃物干燥程度的標(biāo)尺。直接決定了火能否著，著多大，著多快。它由之前所提到的降水量、溫度、風(fēng)速、植物的蒸騰作用等要素共同決定。因此，最小相對(duì)濕度在很多火險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)報(bào)中常被當(dāng)作其中一個(gè)重要指標(biāo)。

5 結(jié)論和建議

影響草原火災(zāi)形成和發(fā)展的根本原因是草原中的可燃物的載量：草原可燃物載量大，草原火災(zāi)發(fā)生概率大，發(fā)展速度快，強(qiáng)度大，容易發(fā)展成草原火災(zāi)；相反，草原可燃物載量小，草原火災(zāi)發(fā)生概率小，發(fā)展速度慢，強(qiáng)度小，容易自動(dòng)熄滅。直接原因是相對(duì)濕度，相對(duì)濕度是草原火災(zāi)燃燒的重要指示標(biāo)志，決定草原火災(zāi)能否燒起來(lái)，燒起來(lái)是否能連續(xù)，會(huì)不會(huì)進(jìn)一步蔓延；間接原因是降水、風(fēng)速、溫度，這三個(gè)因素側(cè)面影響草原火災(zāi)的燃燒和蔓延。草原火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展非常復(fù)雜，所以在考慮時(shí)要綜合多個(gè)方面進(jìn)行考慮。

近20年來(lái)，平均每8年達(dá)到一個(gè)草原火災(zāi)的高峰年，由此可以預(yù)測(cè)下一個(gè)火災(zāi)高峰年的到來(lái)時(shí)間，提前做好防控準(zhǔn)備，合理施行計(jì)劃燒除，減少草原可燃物，降低火災(zāi)損失。針對(duì)草原火災(zāi)月變化規(guī)律，春秋兩季是草原火災(zāi)的高發(fā)季節(jié)，根據(jù)降水、溫度、風(fēng)速等氣象要素，相關(guān)部門(mén)應(yīng)該做到提前預(yù)警，施行相應(yīng)對(duì)策，防止火災(zāi)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)草原火災(zāi)日變化規(guī)律，防火宣傳部門(mén)加大宣傳力度，加強(qiáng)人們用火安全意識(shí)，責(zé)任意識(shí)。

草原火災(zāi)雖然對(duì)人類(lèi)危害比較大，但對(duì)于草原生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是其中不可缺少的一部分。通過(guò)對(duì)草原火災(zāi)的分析，提高對(duì)草原火災(zāi)的認(rèn)識(shí)，探索草原火災(zāi)發(fā)生發(fā)展規(guī)律，做出針對(duì)性對(duì)策，將大火轉(zhuǎn)變?yōu)樾』穑瑢⒉豢煽厝紵D(zhuǎn)變?yōu)榭煽厝紵?，將被?dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)。在不妨礙生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上把火災(zāi)帶來(lái)的危害降到最低，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。