火險(xiǎn)氣象等級標(biāo)準(zhǔn)在銅陵市預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用研究

熊 權(quán)，朱 奇，吳明業(yè)

（銅陵市氣象局，安徽 銅陵244100）

1 引言

森林是地球生態(tài)系統(tǒng)的主體，是大自然的總調(diào)度室，具有維護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的重要功能，而森林火災(zāi)則相反，是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害，是威脅地球生態(tài)的主要災(zāi)害之一，還會對社會經(jīng)濟(jì)、人類的身體健康和生命安全產(chǎn)生不良影響。國內(nèi)的專家對森林火災(zāi)的發(fā)生與氣象條件的關(guān)系作出了許多研究，也取得了一些進(jìn)展[1-3]。牛若蕓等對近幾十年來國內(nèi)外森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)的研究工作進(jìn)行回顧和總結(jié)，指出指數(shù)查對法、綜合指標(biāo)法和統(tǒng)計(jì)回歸法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要結(jié)合氣候環(huán)境特點(diǎn)對這些方法進(jìn)行適用性研究，并加以修正和完善[1]。陳正洪根據(jù)湖北省防火期內(nèi)的林火個例，導(dǎo)出了分區(qū)及全省的火災(zāi)氣象指標(biāo)之間的判別函數(shù)，制定了森林火險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)報(bào)模式[2]。通過不斷研究總結(jié)，形成了多個火險(xiǎn)氣象等級標(biāo)準(zhǔn)，如QX/T 77（中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）、GB/T 20487 和GB/T 36743（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)）。

在銅陵市氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，非汛期在10-01 至次年04-30，每日均須編制次日的森林火險(xiǎn)氣象等級預(yù)報(bào)短信，發(fā)給森林防火部門。這3 個標(biāo)準(zhǔn)在銅陵市森林火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中應(yīng)用較多。本文主要針對這3 個標(biāo)準(zhǔn)及本地化應(yīng)用進(jìn)行分析研究，再結(jié)合2019 年銅陵市郊區(qū)一次森林火災(zāi)發(fā)生前后的火險(xiǎn)氣象指數(shù)變化的案例分析，最終得到3 個標(biāo)準(zhǔn)在銅陵市本地業(yè)務(wù)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，旨在更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)銅陵市森林火險(xiǎn)氣象等級，為森林火險(xiǎn)防災(zāi)減災(zāi)作出貢獻(xiàn)。

2 火險(xiǎn)氣象等級標(biāo)準(zhǔn)的演變與本地應(yīng)用

2.1 中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX/T 77

在銅陵市氣象臺應(yīng)用最早的森林火險(xiǎn)氣象等級標(biāo)準(zhǔn)為QX/T 77—2007。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中國森林火險(xiǎn)氣象等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)、名稱，森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)的計(jì)算和使用[4]。核心計(jì)算方法為：選取了12 個氣象因子，劃分不同區(qū)間，計(jì)算12個因子不同區(qū)間內(nèi)的歸一化條件概率；再根據(jù)附錄提供的方法，計(jì)算各單因子森林火險(xiǎn)貢獻(xiàn)度，然后取前五個因子森林火險(xiǎn)貢獻(xiàn)度的平均值為Uj，取后7 個因子森林火險(xiǎn)貢獻(xiàn)度的平均值為Uq。森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)FFDI的計(jì)算公式為：Uj，Uq>0.5 且Uj>Uq時(shí)，F(xiàn)FDI=Uj；其他情況，F(xiàn)FDI=0.5×（Uj+Uq）。

在實(shí)際業(yè)務(wù)中，計(jì)算過于復(fù)雜。首先，它有12 個影響因子，且各因子區(qū)間內(nèi)劃分較繁瑣，比如說相對濕度在0～100 之間，按區(qū)間2 劃分，有50 個區(qū)間，氣溫按2 劃分，也有20～30 個區(qū)間；然后再按不同因子計(jì)算各區(qū)間內(nèi)的歸一化條件概率，工作量很巨大。再看單因子火險(xiǎn)貢獻(xiàn)度數(shù)學(xué)模型，復(fù)雜的計(jì)算公式，12 個因子分別計(jì)算待定系數(shù)。因此，在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，對該行標(biāo)并不能直接應(yīng)用，在非汛期每日的森林火險(xiǎn)氣象等級預(yù)報(bào)，更多的是靠本地經(jīng)驗(yàn)和預(yù)報(bào)員個人經(jīng)驗(yàn)，而且以定性化預(yù)報(bào)為主。但其提出的用14時(shí)氣象要素瞬時(shí)值來代替氣象要素日最值的思路，是否有必要，需要在后面的案例分析中來驗(yàn)證。

2.2 中華人民共和國氣象國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20487

城市火險(xiǎn)氣象等級GB/T 20487—2006 與GB/T 20487—2018，前者為首次發(fā)布版本，后者為前者的第一次修訂[5]。新版本對初代版本從術(shù)語、定義等進(jìn)行了修訂，核心算法未變。主要選取日最高氣溫、日最小相對濕度、日最大風(fēng)力、連續(xù)無降水日數(shù)、日降水量為5 項(xiàng)主要影響因子。不同的季節(jié)與地域，5 種因子與對應(yīng)的城市火險(xiǎn)氣象指數(shù)各不相同，根據(jù)5 個因子實(shí)況值，得到對應(yīng)的5 種城市火險(xiǎn)氣象指數(shù)分量，它們的和構(gòu)成城市火險(xiǎn)氣象指數(shù)（UFWⅠ），進(jìn)而劃分為5個等級。

相較于QX/T 77，計(jì)算有明顯的簡化。12 個影響因子，簡化為5 個主要影響因子，保留了取氣象要素日最值的定義，在銅陵市預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，可以直接算得火險(xiǎn)氣象指數(shù)分量，匯總得到火險(xiǎn)氣象指數(shù)及等級。但是其未采用14 時(shí)氣象要素瞬時(shí)值來代替氣象要素日最值的思路，哪種預(yù)報(bào)效果更佳，需要在后面的案例分析中進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 中華人民共和國氣象國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36743

2018 年，中國氣象局制定并發(fā)布了新的森林火險(xiǎn)氣象等級標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36743—2018。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了森林火險(xiǎn)氣象等級的確定及其計(jì)算方法，適用于對森林火險(xiǎn)氣象條件的監(jiān)測、預(yù)報(bào)和服務(wù)[6]。核心計(jì)算方法為：根據(jù)地勢、氣候條件和歷史火災(zāi)分布等因素將全國劃分為5 個區(qū)域，5 個區(qū)域不同的FFDI分界值劃分等級；FFDI的計(jì)算公式：

可以看出，相比于QX/T 77，GB/T 36743 更多借鑒了GB/T 20487 的主要算法和理論，同時(shí)計(jì)算進(jìn)一步簡化，且思路更清晰。

首先，將全國劃分為5 個區(qū)域，本地可以直接代入?yún)^(qū)域，得到不同森林火險(xiǎn)氣象等級的指數(shù)區(qū)間，比GB/T 20487 的簡單，南北緯度劃分更科學(xué)，也更加簡捷方便。其次，借降水量修正指數(shù)和積雪修正指數(shù)，直接將兩大類森林火險(xiǎn)指數(shù)較低的情況劃分了出來：當(dāng)24 h 降水超過1 mm 時(shí)，IFFDⅠ為0；當(dāng)24 h 雪深超過0 cm 時(shí)，IFFDⅠ為0。最后，將GB/T 20487中5 個主要影響因子，精簡為4 個主要影響因子，根據(jù)氣象要素及其函數(shù)值查對表，求得森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)分量。也不再提之前兩個標(biāo)準(zhǔn)里的要素最值，借鑒了QX/T 77 的思路，直接以14 時(shí)氣象各要素值代入計(jì)算。因此，GB/T 36743 更像是前面兩種標(biāo)準(zhǔn)的綜合版本，并進(jìn)行了升級。

3 銅陵市郊區(qū)一次森林火災(zāi)發(fā)生前后的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)研究

2019-11-15T12：50 左右，銅陵市郊區(qū)周潭鎮(zhèn)施灣村發(fā)生森林火災(zāi)。2019-11-17T10：00，4 個火點(diǎn)全部被撲滅。選取此次森林火災(zāi)發(fā)生前后的時(shí)間背景，研究2019-11-4—2019-11-20 一周的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)情況。統(tǒng)計(jì)這7 d 的氣象要素值。

3.1 GB/T 20487 標(biāo)準(zhǔn)

銅陵市空間屬于北緯25°～35°，時(shí)間段屬于9～11 月，按照GB/T 20487 標(biāo)準(zhǔn)中火險(xiǎn)氣象指數(shù)分量查表中，統(tǒng)計(jì)5個氣象要素對應(yīng)的指數(shù)分量，并計(jì)算火險(xiǎn)氣象指數(shù)。先用GB/T 20487 中定義的各氣象要素最值來計(jì)算，如表1 所示。再用各氣象要素瞬時(shí)值（14 時(shí)）來計(jì)算，如表2 所示。

表1 2019-11-14—11-20 氣象要素對應(yīng)指數(shù)分量統(tǒng)計(jì)表（最值、GB/T 20487 定義）

表2 2019-11-14—11-20 氣象要素對應(yīng)指數(shù)分量統(tǒng)計(jì)表（14 時(shí)）

對比發(fā)現(xiàn)，采用14 時(shí)氣象要素值計(jì)算得到的火險(xiǎn)氣象等級，更貼合銅陵市實(shí)際業(yè)務(wù)中的森林火險(xiǎn)氣象等級預(yù)報(bào)服務(wù)。

主要表現(xiàn)在：11-17—11-18 降水均超過8 mm，表1 中11-17—11-18 均預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級3 級（中等危險(xiǎn)）顯然報(bào)高，表2 中11-17 預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級2 級，11-18 預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級1 級更準(zhǔn)確；銅陵市郊區(qū)施灣村11-15 發(fā)生森林火災(zāi)，11-17T10：00 4 個火點(diǎn)全部被撲滅，預(yù)報(bào)11-15—11-16火險(xiǎn)氣象等級5 級（極高危險(xiǎn)）非常準(zhǔn)確，而表2 中預(yù)報(bào)11-14火險(xiǎn)氣象等級4 級（高危險(xiǎn)）比預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級5 級更合適；11-19—11-20 是在經(jīng)歷2 d 有效降水后，預(yù)報(bào)氣象等級3 級比4 級好。

因此，在實(shí)際業(yè)務(wù)中，如果要對GB/T 20487 進(jìn)行應(yīng)用，用14 時(shí)氣象要素值代替氣象要素日最值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算火險(xiǎn)氣象等級效果更好，這也剛好契合了QX/T 77 中采用的“定義是氣象要素日最值、實(shí)際用14 時(shí)氣象要素值替入”這一特點(diǎn)。

3.2 GB/T 36743 標(biāo)準(zhǔn)

同樣用氣象要素日最值及14 時(shí)氣象要素值分別計(jì)算森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)（FFDⅠ）。

不存在積雪，系數(shù)Cs均為1；而11-17—11-18 日降水量均超過1 mm，11-17—11-18 系數(shù)Cr為0，其他時(shí)間Cr為1。根據(jù)安徽省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心的旱澇監(jiān)測圖，11-14—11-18，銅陵市均為中旱，11-19—11-20 銅陵市為輕旱。

用各氣象要素最值來計(jì)算，再用GB/T 36743 中定義的各氣象要素瞬時(shí)值（14 時(shí)）來計(jì)算，如表3 所示。

表3 2019-11-14—11-20 氣象要素對應(yīng)指數(shù)分量統(tǒng)計(jì)表（14 時(shí)、GB/T 36743 定義）

對比發(fā)現(xiàn)，兩者得到的森林火險(xiǎn)氣象等級較為接近，但是從服務(wù)效果上來看，后者更加契合。采用最值計(jì)算的火險(xiǎn)氣象等級更加一致，11-14—11-16 均為5 級；采用14 時(shí)氣象要素值計(jì)算得到的火險(xiǎn)氣象等級，11-14 未發(fā)生火災(zāi)時(shí)為4 級，11-15—11-16，火災(zāi)發(fā)生與持續(xù)，均為5 級，非常準(zhǔn)確，指示意義更大。

與GB/T 20487 算法改良版（用14 時(shí)氣象要素值代替氣象要素日最值）計(jì)算結(jié)果比較，11-14—11-16 火險(xiǎn)氣象等級一致，11-17 火險(xiǎn)氣象等級后者顯得偏高。因此，在銅陵市預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，GB/T 36743 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用效果更好。

4 總結(jié)

通過上述分析得到如下結(jié)論：①Q(mào)X/T 77 的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)計(jì)算過于復(fù)雜，在銅陵市預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中并不能被有效應(yīng)用，但其提出的用14 時(shí)氣象要素瞬時(shí)值來代替氣象要素日最值的思路，在GB/T 36743 中得到采納，具有重要的意義。②GB/T 20487 經(jīng)歷了兩個版本，進(jìn)行了部分修訂，核心算法未變，以5 個氣象要素（采用最值）為主要?dú)庀笥绊懸蜃?，分別計(jì)算火險(xiǎn)氣象指數(shù)分量，匯總得到火險(xiǎn)氣象指數(shù)及等級。③GB/T 36743 更像是前面兩種的綜合版本，并進(jìn)行了升級。摒棄QX/T 77 的復(fù)雜算法，對GB/T 20487 的算法進(jìn)行升級，根據(jù)地勢、氣候條件和歷史火災(zāi)分布等因素，將全國劃分為5 個區(qū)域，比GB/T 20487 的簡單南北緯度劃分更科學(xué)；引人24 h 雪深的因子（前兩種沒有），與24 h 降水一起作為重要的控制系數(shù)，簡化計(jì)算；將5 個氣象要素計(jì)算縮減為4 個，同樣簡化計(jì)算。④選取銅陵市郊區(qū)一次森林火災(zāi)發(fā)生前后為時(shí)間背景（2019-11-04—11-20），研究發(fā)現(xiàn)：GB/T 20487 計(jì)算得到的火險(xiǎn)氣象等級偏高，如果用14 時(shí)瞬時(shí)值代替最值，會有明顯改善，但與GB/T 36743 計(jì)算得到的火險(xiǎn)氣象等級比較，還是后者更契合實(shí)際、服務(wù)效果更好，即GB/T 36743 標(biāo)準(zhǔn)在銅陵市預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用效果更好。⑤GB/T 36743 也存在一些問題值得思考，比如，兩個控制系數(shù)為0 時(shí)，森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)直接為0，但是0 卻不在森林火險(xiǎn)氣象等級劃分區(qū)間內(nèi)（一級從4 開始）；降水發(fā)生后一段時(shí)間，如無旱時(shí)6 d 內(nèi)，或者輕旱1 d（2019-11-19），預(yù)報(bào)森林火險(xiǎn)氣象等級一級在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中略偏低，調(diào)整為二級更好。這就需要國標(biāo)的起草單位對其進(jìn)行補(bǔ)充修訂，以達(dá)到更好的應(yīng)用效果。