移動激光測風(fēng)雷達在涼山州森林防滅火中的應(yīng)用探究

中圖分類號：P414.7 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.12.079

2019年以來，四川省涼山州森林火災(zāi)呈現(xiàn)多發(fā)、高發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢。特別是2019年木里縣“3-30”、2020年西昌市“3·30”森林火災(zāi)的發(fā)生，在撲火過程中因火場風(fēng)向突變、風(fēng)力陡增，造成參與火災(zāi)撲救人員重大傷亡的事件，林火撲救工作面臨嚴峻挑戰(zhàn)。涼山州森林火災(zāi)多發(fā)生在人跡罕至、山高林密的森林中，復(fù)雜的地形、火場多變的氣象條件因素，對撲救產(chǎn)生了巨大的影響[1]。森林火災(zāi)現(xiàn)場的突發(fā)情況隨時威脅著森林撲火隊員的人身安全，因此準(zhǔn)確掌握火場實時風(fēng)速風(fēng)向情況，對于森林火災(zāi)的撲救和決策服務(wù)意義非凡。若能獲取火場實時高空風(fēng)速、風(fēng)向信息，現(xiàn)場撲火指揮人員就能根據(jù)實時動態(tài)信息，指揮調(diào)度現(xiàn)場人員開展森林火災(zāi)撲救作業(yè)，避免人員傷亡事故發(fā)生，還能根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)測火場蔓延方向，及時制訂對應(yīng)決策。筆者旨在分析移動激光測風(fēng)雷達在森林火災(zāi)撲救和決策服務(wù)中的應(yīng)用情況。

1背景介紹

涼山州地處川西南橫斷山系東北緣，界于四川盆地和云南省中部高原之間，地勢西北高、東南低，北部高、南部低，地勢高低懸殊。截至2023年底，涼山州有林地面積404.80萬 hm² ，森林蓄積量3.56億 m³ 森林覆蓋率 52.16% ，草原面積79.60萬 hm² ，草原綜合植被蓋度 86.21% ，森林草原覆蓋面積大。涼山州屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，干濕季分明，冬半年光照充足，少雨干暖，全年平均雷暴日高達 66.7d ，雷擊火頻繁發(fā)生。按照《全國森林火險區(qū)劃等級》（LY/T1063—2008）劃分，截至2024年11月，涼山州有12個I級火險縣，5個Ⅱ級火險縣，是我國森林草原火災(zāi)的高發(fā)地。

2移動激光測風(fēng)雷達系統(tǒng)概述

此次研究的雷達為YW-LR型相干多普勒激光測風(fēng)雷達[2-3]。該雷達是一種主動測風(fēng)雷達，具有探測盲區(qū)小、精度高、體積小、質(zhì)量小等特點，主要應(yīng)用于氣象氣候監(jiān)測、天氣探測、空氣污染追蹤、大氣研究及風(fēng)能利用等領(lǐng)域。由于涼山州獨特的地理位置，森林火災(zāi)發(fā)生地大多地處偏僻，交通不便，一般大型車輛和大型設(shè)備難以到達。而移動激光測風(fēng)雷達憑借其高機動性、高可靠性的特點，在森林火災(zāi)發(fā)生后能夠在幾小時內(nèi)部署到火場附近，并開展 24h 持續(xù)監(jiān)測服務(wù)。此移動激光測風(fēng)雷達系統(tǒng)分為本地系統(tǒng)和遠程系統(tǒng)兩大部分（見圖1），本地系統(tǒng)包含雷達主機、本地顯示和控制終端。遠程系統(tǒng)與本地系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通信進行數(shù)據(jù)傳輸和控制，可根據(jù)實際需要安裝在任意場所，不受地理位置等多方面因素的影響。

2.1 雷達工作原理

雷達利用大氣中氣溶膠顆粒的激光后向散射信號和激光發(fā)射系統(tǒng)的本振光做外差檢測，獲取大氣運動引起的多普勒頻移，根據(jù)大氣氣溶膠粒子或空氣分子散射光的多普勒頻移，反演出其運動速度和方向，即大氣風(fēng)速和風(fēng)向[4。利用光在大氣的米氏散射效應(yīng)，根據(jù)大氣氣溶膠粒子或空氣分子散射光的強度變化，計算出氣溶膠消光系數(shù)，從而反演出氣溶膠的后向散射系數(shù)，即云底高度和能見度[5]。

2.2 雷達本地顯示

雷達收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)返回本地系統(tǒng)后，經(jīng)過本地雷達控制終端軟件處理后生成相應(yīng)的產(chǎn)品反饋給用戶，包括功率譜等一次產(chǎn)品，以及高空風(fēng)水平風(fēng)速、水平風(fēng)向、垂直風(fēng)速、風(fēng)場反演等一系列二次產(chǎn)品，從而對實時或歷史風(fēng)況進行較為準(zhǔn)確的評估。

3 移動激光測風(fēng)雷達在森林火災(zāi)中應(yīng) 用實例

2021年，引入移動激光測風(fēng)雷達。截至2024年，移動激光測風(fēng)雷達已參與涼山州十幾次的森林火災(zāi)撲救氣象應(yīng)急服務(wù)保障工作。筆者選取了2023年4月11日移動激光測風(fēng)雷達在涼山州一次森林火災(zāi)中的應(yīng)急保障實例，通過移動激光測風(fēng)雷達在火場中的實際應(yīng)用，反映其在森林火災(zāi)撲救和現(xiàn)場決策指揮方面所體現(xiàn)的作用。

3.1 雷達實時監(jiān)測分析

移動激光測風(fēng)雷達可實現(xiàn) 360^° 全方位和 -20^°～ 200^° 俯仰掃描功能，實現(xiàn)平面位置顯示器（PlanPositionIndicator，PPI）掃描模式、距離高度顯示器（RangeHeightIndicator，RHI）掃描模式、多普勒波束擺動（DopplerBeamSwinging，DBS）掃描模式及自定義掃描等測量模式。移動激光測風(fēng)雷達在監(jiān)測過程中，其數(shù)據(jù)可以達到每30s刷新一次，可以實時提供火場上空風(fēng)速、風(fēng)向信息。此次主要以DBS模式下的風(fēng)羽圖數(shù)據(jù)為例，選取2023年4月11日7：19—7：29的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)（見圖2）。

如圖2所示，7：19—7：22，受火場熱流與地面氣流等因素作用，火場上空 270m 以下風(fēng)向以偏南風(fēng)為主， 270～510m 風(fēng)向以偏西風(fēng)為主， 510m 以上風(fēng)向以北風(fēng)為主。7：23開始，整體風(fēng)向基本以北風(fēng)為主，但風(fēng)速有明顯增加趨勢，高空平均風(fēng)速從 2m?s^-1 迅速增加至 6m?s^-1 ，此過程持續(xù)了 5min ，直到7：28結(jié)束。7：29，因地形或空氣對流等因素影響，火場上空210～400m 的風(fēng)向由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，發(fā)生風(fēng)向上的突變

3.2 雷達時段監(jiān)測分析

除實時監(jiān)測，移動激光測風(fēng)雷達還可以以小時為單位，反映某一時段內(nèi)的風(fēng)場信息。選取4月11日5：30—14：30的風(fēng)羽圖數(shù)據(jù)（見圖3），分析此段時間內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向信息及變化情況。根據(jù)4月11日火場監(jiān)測記錄，6：30之前，火場上空高空風(fēng)風(fēng)向以東南風(fēng)和東北風(fēng)為主，特別在5：30風(fēng)向發(fā)生垂直高度上的突變，以高度 360m 為臨界點，其下風(fēng)向為東南風(fēng)，其上風(fēng)向變?yōu)槲髂巷L(fēng)；6：30之后，風(fēng)向基本以偏西風(fēng)為主；在8：00和8：30這兩個時間點上，風(fēng)向分別為偏南風(fēng)和偏北風(fēng)，雖然風(fēng)向不是偏西風(fēng)，但是時間只有 0.5h 影響不大；8：30之后，風(fēng)向以偏西風(fēng)為主，且一直持續(xù)到了14：30，特別是在火場上空 120～600m ，風(fēng)向基本無太大變化，而在 120m 以下，因受到地面湍流影響，風(fēng)向變化較復(fù)雜，但在垂直高度上基本沒有太明顯的突變。在5：30—14：30，火場風(fēng)速基本無明顯變化。

4結(jié)語

通過分析2023年4月11日涼山州一次森林火災(zāi)中移動激光測風(fēng)雷達提供的監(jiān)測信息，可以得出以下3點結(jié)論。

1）通過實時監(jiān)測圖，移動激光測風(fēng)雷達可以實時提供火場上空的風(fēng)速、風(fēng)向信息及變化情況，特別是對于風(fēng)速突然增加和風(fēng)向突然改變這樣的特殊情況，幫助現(xiàn)場指揮人員掌握火場實時風(fēng)速、風(fēng)向情況，從而確定地面和高空撲救人員最佳的撲救路線和人員配置，以確保撲救工作的順利進行[]。

2）通過時段監(jiān)測圖，知道火場在一個時段內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向整體情況，幫助現(xiàn)場指揮人員分析預(yù)測未來時段內(nèi)的火勢蔓延方向和速度，提前布置滅火力量和設(shè)置防火隔離帶[]。

3）移動激光測風(fēng)雷達能夠及時、實時地提供火場高空風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向信息，幫助現(xiàn)場指揮人員了解掌握火場實時與未來一段時間內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向情況，極大程度上保障現(xiàn)場撲救人員人身安全，為現(xiàn)場決策服務(wù)提供一定的技術(shù)支撐。

移動激光測風(fēng)雷達的探測高度會受到火場地形和天氣情況的影響，因此應(yīng)在臨近火場且視野開闊、無遮擋的地點布設(shè)安裝，以減小地形和障礙物的影響。同時，基于移動激光測風(fēng)雷達終端數(shù)據(jù)，不斷開發(fā)和完善適應(yīng)于不同高度和天氣條件的算法和模型，并增加其相應(yīng)的功能，如風(fēng)速、風(fēng)向的突變報警等，以提高現(xiàn)場探測高度及其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性。淺析涼山州移動激光測風(fēng)雷達在森林火災(zāi)中的應(yīng)用，以期在今后雷達技術(shù)的不斷升級中，進一步提升涼山州森林火災(zāi)撲救及其決策氣象服務(wù)的技術(shù)支撐能力。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）