根河林區(qū)雷擊火分布特征及氣象因素影響分析

李威，陳林濤，趙瑞廷，周梅*

（1.內蒙古農業(yè)大學林學院，呼和浩特 010019；2.中國內蒙古森林工業(yè)集團有限責任公司，牙克石 022150）

森林火災是全球性的自然災害，通常會帶來如森林生態(tài)系統(tǒng)破壞、森林蓄積量下降、溫室氣體排放量增加、人類生命財產損失等負面影響[1]。森林火災按火源類型分為天然火和人為火，在天然火中雷擊火是主要組成部分，全世界由雷擊引起的森林火災占森林火災總數(shù)的7%～10%[2-4]。加拿大、美國、俄羅斯、澳大利亞等國是由雷擊引起森林火災最多的國家[5-6]。

在 20 世紀 70 年代，Komarek 等[7]便開始了全球性的雷擊火分布研究。此后，世界上許多科學家從雷擊火發(fā)生機理、分布特征、監(jiān)測預報等方面開展了廣泛而深入的研究。Podur 等[8]對1976—1998 年加拿大安大略省閃電引起的火災進行了空間統(tǒng)計分析，探討了火災的空間分布規(guī)律、隨機性以及空間相關性的尺度。Renkin等[9]對黃石國家公園發(fā)生的17起雷擊火進行了研究和總結，發(fā)現(xiàn)可燃物水分和森林覆蓋類型對火災的發(fā)生和蔓延活動存在較大影響。賈丙瑞等[10]研究了1972—2005 年黑龍江大興安嶺林區(qū)雷擊火特征與干旱指數(shù)的關系，認為干旱指數(shù)是顯著影響雷擊火次數(shù)及火燒面積的因素。倪長虹等[11]對黑龍江大興安嶺近40 a的雷擊火特征進行了研究分析，認為雷擊火主要發(fā)生在一天中的10~17時，并且降水＜400 mm、溫度＞14 ℃時是雷擊火高發(fā)段。趙俊卉等[12]基于LIS/OTD 格點數(shù)據(jù)結合氣象資料對大興安嶺地區(qū)雷擊火時空分布進行研究，認為雷擊火不僅受到閃電活動的影響，還受地形、氣象條件和植被分布的影響。

在我國，大興安嶺林區(qū)地處高緯度區(qū)域，位于冷暖氣團交匯的東亞季風區(qū)，每年5～8 月，來自貝加爾湖和蒙古的冷空氣流經該區(qū)域，經常出現(xiàn)的干雷暴天氣，令內蒙古大興安嶺林區(qū)成為全國雷擊火發(fā)生次數(shù)最多、造成危害最大的區(qū)域之一[13]。有學者預測，隨著全球氣候變暖，今后50 a 內全球森林火險的形勢越發(fā)嚴峻，21 世紀末，氣候變化對北方森林的影響將導致森林火災頻數(shù)大幅度增加[14]。因此，在全球變暖的氣候背景下加強內蒙古大興安嶺林區(qū)雷擊火的研究是十分必要的。本研究結合氣象數(shù)據(jù)對2000—2018年雷擊火特征進行分析，研究內蒙古大興安嶺根河林區(qū)氣象因素對雷擊火的分布規(guī)律的影響，為該地區(qū)雷擊火的監(jiān)測及預防提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

根河林業(yè)局地處內蒙古自治區(qū)，位于大興安嶺的腹地，行政隸屬內蒙古大興安嶺重點國有林管理局，地理坐標為東經120°41′30″～122°42′30″，北緯50°25′30″～51°17′00″。研究區(qū)屬于寒溫帶濕潤性森林氣候，兼具大陸性季風氣候的一些特征，夏短冬長，寒冷潮濕，無霜期約90 d，年均氣溫-5.3 ℃，晝夜溫差較大，結凍期達210 d以上。研究區(qū)地表、地下水資源豐富，水系分布均勻，是大興安嶺地區(qū)豐水區(qū)之一。境內河流包括根河、烏力依特河、約安里河、會河、角刀木河、雅格河、潮查河、魯吉習河、木瑞河、冷布露河等。根河發(fā)源于大興安嶺伊吉奇山西南部，長427.9 km，處于根河林業(yè)局境內長度達170 km，流域面積15 796 km2，是林區(qū)內最大的河流。研究區(qū)植被屬于東西伯利亞植物區(qū)系和蒙古植物區(qū)系，以木本植物為主。優(yōu)勢樹種為興安落葉松，占總林地面積的81.6%左右，其他植被主要有白樺、樟子松、甜楊、鉆天柳、偃松、大葉杜鵑、越橘、杜香、莎草及禾本科植物、苔蘚等，分布狀況隨海拔不同各有差異[15-16]。

2 研究方法

采用SPSS 25.0 軟件對不同年份雷擊火資料進行統(tǒng)計分析，并對雷擊火特征與氣象因子進行回歸分析，繪圖過程由Origin 2018 軟件完成。2000—2018 年研究區(qū)氣象數(shù)據(jù)來自根河氣象站，2000—2018 年根研究區(qū)雷擊火火情資料從根河防火辦獲取。

3 結果與分析

3.1 根河林區(qū)雷擊火特征

根據(jù)2000—2018 年間各月份雷擊火資料統(tǒng)計得出（圖1），6~8 月的雷擊火頻數(shù)及過火面積明顯高于其他月份，屬于雷擊火高發(fā)期，該時間段內雷擊火頻數(shù)占全年雷擊火頻數(shù)的79.03 %，過火面積占全年過火面積的92.96%。雷擊火分布呈現(xiàn)雙峰結構，峰值出現(xiàn)在6月和8月。6月份的雷擊火頻數(shù)為17次，占全年雷擊火頻數(shù)的27.41%；過火面積為991.59 hm2，占全年總過火面積的63.87 %。8 月份的雷擊火頻數(shù)為22 次，占全年雷擊火頻數(shù)的35.48%；過火面積為402.65 hm2，占全年總過火面積的25.94%。而7 月份的雷擊火頻數(shù)及過火面積遠小于6月和8月，結合氣象因素分析（圖2），7月份的平均降水量與平均相對濕度明顯高于6月和8月，表明降水增多抑制了雷擊火的發(fā)生和發(fā)展。

圖1 不同年月雷擊火頻數(shù)與過火面積

圖2 氣象因子與雷擊火頻數(shù)及過火面積關系圖（標準化后）

3.2 雷擊火特征與氣象因素的影響分析

對雷擊火特征和氣象因子進行回歸分析，結果表明（圖3），對雷擊火頻數(shù)及過火面積影響最大的3個氣象因子分別是月均氣溫、月均相對濕度和月均降水量。月均氣溫與雷擊火頻數(shù)呈極顯著正相關，r=0.773，P＜0.01，得到關系式y(tǒng)=0.32x+3.43，R2=0.598；月均氣溫與過火面積呈顯著正相關，r=0.513，P＜0.05，得到關系式y(tǒng)=8.42x+81.78，R2=0.263。月均相對濕度與雷擊火頻數(shù)呈顯著負相關，r=-0.345，P＜0.05，得到關系式y(tǒng)=-0.26x+21.69，R2=0.119；月均相對濕度與過火面積呈負相關，r=-0.292，P＞0.05，得到關系式y(tǒng)=-8.69x+679.74，R2=0.263。月均降水量與雷擊火頻數(shù)呈顯著負相關，r=-0.315，P＜0.05，得到關系式y(tǒng)=-0.43x+9.26，R2=0.099；月均降水量與過火面積呈顯著負相關，r=-0.511，P＜0.05，得到關系式y(tǒng)=-23.21x+497.62，R2=0.261。

圖3 雷擊火特征與氣象因子回歸分析

4 討論

雷擊是大興安嶺林區(qū)的重要火源。研究區(qū)內雷擊火多發(fā)于 6~8 月，其中 6 月和 8 月最多，7 月最少。這可能是因為7 月份降水量較多，導致雷擊火頻數(shù)明顯少于6 月和8 月份。有學者研究表明，降雨量是雷擊火發(fā)生最重要的限制因素，以4～7 mm降雨 量時單次云地閃引燃森林的概率為標準值，降雨量＜2 mm時引燃概率為標準值的2倍，且降雨量越小，引燃概率越高[17]。在正常氣候條件下，雷擊發(fā)生時常常伴隨著有效降雨，令地表可燃物含水率增加，森林火險降低[18]。而干旱氣候下，地表可燃物長期處于干燥狀態(tài)，十分容易被落雷引燃蔓延成為森林火災[6]。有研究表明，干旱會使干雷暴天氣增多，進一步令森林火險上升，更易被雷擊引發(fā)森林火災[19]。干雷暴是一種形成于對流層的特殊氣象過程，它能夠在降雨量很少的情況下形成云地閃，降雨量一般＜2～2.5 mm，是引發(fā)雷擊火的主要原因[20]。干雷暴只占所有雷暴的20%，但引發(fā)的過火面積能達到總過火面積的40 %[21]。由一次干雷暴引發(fā)的不同火點間的距離最遠可達150 km[22]。北美地區(qū)是干雷暴高發(fā)區(qū)，夏季的干雷暴可在48 h內連續(xù)引燃數(shù)百個火點，正地閃在干雷暴中出現(xiàn)的頻率極高，這說明干雷暴中閃電能量更大，引燃作用更強[23]。

研究區(qū)中，對雷擊火特征影響最大的氣象因素是降水、氣溫及平均濕度。氣溫越高，雷擊火發(fā)生次數(shù)越多，過火面積越大；降水和平均濕度越高，雷擊火發(fā)生次數(shù)越少，過火面積越小。雷擊火受到多種因素的綜合影響，除了氣象因素外，地表可燃物干燥程度、落雷數(shù)量及雷擊強度都是影響雷擊火發(fā)生和發(fā)展的重要因子。有學者認為，大氣環(huán)流影響導致干雷暴天氣及可燃物的廣泛分布使大興安嶺林區(qū)雷擊火頻繁發(fā)生。同時，全球變暖導致的氣溫升高、極端氣候事件增多是導致近年來大興安嶺林區(qū)雷擊火頻繁的主要原因[24]。地理因素也是影響雷擊火發(fā)生和蔓延的重要因子，雷擊火多發(fā)于高緯度、高海拔的偏遠林區(qū)，地形復雜，交通困難，不能夠及時發(fā)現(xiàn)火點，也給撲火工作帶來很多困難。撲火人員不能及時趕到火場，錯過了撲滅最佳時機，往往由小火形成大火，造成慘重的損失[6]。有學者發(fā)現(xiàn)，落雷對于地形是有選擇的，山地林區(qū)比草原多，沼澤地比沙土地多，密林中比采伐跡地多[25]。

森林可燃物是森林火災發(fā)生的物質基礎。因此，可燃物自身的尺寸大小、理化性質、結構特點和分布狀況也是決定雷擊火發(fā)生的重要因素[26-27]。其中最主要的是可燃物含水率，如果可燃物含水率大于臨界含水率，雷擊火幾乎不可能發(fā)生[28]。有研究表明，雷擊火主要發(fā)生在火險等級較高、閃電活動頻繁、且無有效降雨的區(qū)域[19]。