仙林丁山氣象因子和地表可燃物含水率關(guān)系研究

孫澤儒 張忠震 賴慶方 勞港雄 孫緒鴻（南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京210023）

森林是人類(lèi)賴以生存和社會(huì)發(fā)展最重要的和不可缺少的資源。 由于人類(lèi)活動(dòng)及異常自然因素等原因影響，森林火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境造成了巨大危害。森林可燃物的含水率大小決定了森林可燃物燃燒的難易程度，特別是地表可燃物含水率與氣象條件密切相關(guān)。通過(guò)分析氣象因子和地表可燃物含水率之間的關(guān)系，對(duì)仙林丁山主要?dú)庀笠蜃雍偷乇砜扇嘉锖蔬M(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，分析丁山主要?dú)庀笠蜃优c地表可燃物含水率變化的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，為丁山森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)提供一定的可參考的理論條件。

1 研究區(qū)域

研究地丁山位于南京仙林大學(xué)城位內(nèi)，我校西北面，山上植物繁茂，主要植物有馬尾松，構(gòu)樹(shù)，七葉樹(shù)，竊衣，馬唐，糠稷，楝，早圓竹，金絲草，滿江紅，濕地松，黃荊，黃楊，黃連木，常春藤，樸樹(shù)，枇杷，金雞菊，菝葜，樟等。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，年降水年平均降水量1106mm；四季分明，年平均溫度15.4°C，年極端氣溫最高39.7°C，最低－13.1°C，無(wú)霜期237d，年積溫（≥10℃）4897℃。丁山山體主要走向?yàn)闁|西方向，高度一般在40m 以上。

2 使用儀器

烘干箱、自動(dòng)氣象站、電子秤、信封袋。

3 研究方法

3.1 地表可燃物含水率

3.1.1 取樣：坡向不一樣，森林火災(zāi)危險(xiǎn)性不一樣，不同坡向火災(zāi)危險(xiǎn)性由高到低排列為：南坡、西坡、東坡、北坡。 2019 年10 月～12 月，通過(guò)踏查,在丁山選擇3 個(gè)坡向(南、東和北)，在3個(gè)坡向中段選取有代表性的地段分別設(shè)置1 個(gè)典型樣方，為方便取樣，每個(gè)樣方為正方形（0.2 m×0.2 m）小樣方，對(duì)樣方里的地表可燃物物進(jìn)行取樣，將采集的地表可燃物裝入0.2cm×0.2cm 的尼龍網(wǎng)中，尼龍網(wǎng)密度為40 目。將尼龍網(wǎng)放回采樣點(diǎn)，保持尼龍網(wǎng)與周?chē)h(huán)境充分接觸，即可以維持地表凋落物與周?chē)h(huán)境自然的水分交換狀態(tài)，也避免了外界因素造成的樣品的增加或減少。3.1.2 濕重：選擇在每日13: 30 左右，小組成員輪流對(duì)3 個(gè)樣地樣品尼龍網(wǎng)袋進(jìn)行稱質(zhì)量，記錄為濕量。3.1.3干重：監(jiān)測(cè)期結(jié)束后，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，烘干箱設(shè)置105℃，把樣品放入烘干箱持續(xù)烘干24 小時(shí)至恒質(zhì)量，對(duì)烘干后的樣品稱重。3.1.4 計(jì)算地表可燃物含水率：含水率可分為絕對(duì)含水率和相對(duì)含水率，本研究?jī)H對(duì)絕對(duì)含水率進(jìn)行研究，計(jì)算公式如下：

利用實(shí)驗(yàn)測(cè)定記錄的地表可燃物的濕重和干重，計(jì)算得到各個(gè)樣地采樣點(diǎn)每日13: 30 地表可燃物含水率的數(shù)據(jù)。

3.2 主要的氣象因子

3.2.1 主要?dú)庀笠蜃拥倪x取。氣象因子指的是能夠表明大氣物理現(xiàn)象和物理狀態(tài)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)因子，其隨著時(shí)間和空間的變化。主要包括氣溫、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水量和連續(xù)干旱天數(shù)。本研究參考了2015 年中國(guó)氣象局提出修訂、2018 年正式通過(guò)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)》的標(biāo)準(zhǔn)，選擇空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)3 個(gè)氣象因子作為影響地表可燃物含水率的主要?dú)庀笠蜃印?.2.2 氣象因子測(cè)量。氣溫、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)的觀測(cè)來(lái)源于對(duì)自動(dòng)氣象站每日記錄數(shù)據(jù)的整理。

3.3 數(shù)據(jù)分析方法

上式定義了總體相關(guān)系數(shù)，常用希臘小寫(xiě)字母ρ（rho）作為代表符號(hào)。估算樣本的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差，可得到樣本相關(guān)系數(shù)（樣本皮爾遜系數(shù)），常用小寫(xiě)字母r 代表：

r 亦可由（Xi，Yi）樣本點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)均值估值，得到與上式等價(jià)的表達(dá)式：

3.4 結(jié)果與分析

對(duì)3 個(gè)氣象要素進(jìn)行了了整體分析，繪制了氣溫、相對(duì)濕度折線圖，風(fēng)向、風(fēng)速散點(diǎn)圖，最高氣溫隨時(shí)間的變化率和最低相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化率具有一定的負(fù)相關(guān)（此處做了兩者相關(guān)分析，通過(guò)p=0.05 顯著性檢，結(jié)果見(jiàn)表1，相關(guān)系數(shù)為-0.22）。對(duì)南坡、東坡、北坡3 個(gè)坡面的地表可燃物含水率進(jìn)行分析，在相同時(shí)間下，地表可燃物含水率由高到低排列為北坡、東坡、南坡，意味著火災(zāi)發(fā)生危險(xiǎn)性由高到低排列為南坡、東坡、北坡。對(duì)不同坡向地表可燃物含水率與最高氣溫、最低相對(duì)濕度、風(fēng)做相關(guān)分析，地表可燃物含水率與日最低相對(duì)濕度變化趨勢(shì)一致，與日最高氣溫變化趨勢(shì)相反。通過(guò)p=0.05 顯著性檢驗(yàn)的相關(guān)性較高的因子是最低相對(duì)濕度和地表可燃物含水率，其他因子之間均不是特別顯著。嘗試過(guò)不經(jīng)過(guò)濾波的氣溫、相對(duì)濕度和含水率的數(shù)據(jù)，與濾波后的相關(guān)分析結(jié)果差別不大。

4 結(jié)論

4.1 日最高氣溫與最低相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，日最高氣溫越高，最低相對(duì)濕度越小。

4.2 空氣最低相對(duì)濕度是影響地表可燃物的最關(guān)鍵的因子。

4.3 通過(guò)回歸分析可以建模進(jìn)行可燃物含水率預(yù)報(bào)，對(duì)森林防火具有重要意義。

不足：

a.樣方選擇數(shù)量過(guò)少。

b.下午2 點(diǎn)氣象觀測(cè)值更具有代表性。