森林防火危险等级预报（警）技术研究

胡继华 高都路 张宗群

甘孜州气象局 626000

1 概述

森林防火危险等级预报（警）技术，作为森林防火的首要基础科学手段，对有效预防和扑救森林火灾，避免或减少灾害损失，保护森林资源和生态环境有着极为重要的作用。

2 主要技术方法

一是通过对影响森林防火主要气象要素的分析，确定了等级预报因子；二是通过危害程度个例分析，确定了危险等级及其释义；三是研究分析了主要因子与危险等级的相关关系，制定等级（指数）标准，即建立因子与等级关系模型；四是通过上述研究结论建立了森林防火危险等级预报（警）模型（即方法）；五是利用计算机技术建立森林防火危险等级综合资料自动处理、显示、预报（警）系统；六是利用信息网络技术将森林防火危险等级综合预报（警）结论及对策建议分发到各决策部门、用户终端开展应用服务或者由政府授权的有关部门发布相应指令。

3 森林防火危险气象等级预报（警）因子

因子选择，是森林防火危险等级预报（警）技术的核心。本技术方法参与因子确定的原则是，以《川西高原森林火险天气等级》（DB51/T856-2008）标准为基础，重点考虑：（1）与森林火灾的形成、发生、蔓延有密切关系。（2）所选择的因子物理意义清楚，且可以量化。(3)因子必须能够代表林区自然状况。（4）所选择的因子要素值，在森林防火危险等级预报（警）技术平台运行中，可以连续监测、传输、获取。依据四条原则，对九龙、雅江、康定三县1990年至2011年发生的74起（次）各类森林火灾（过火面积≥0.1公顷）个例进行反复分析筛选，最终选取了最高气温、降水量、风速、相对湿度、最长连续无降水日数等物理意义清晰且易于获取的气象因子作为林火气象因子。

4 森林防火危险气象等级划分和预警信号

通过对1990年至2011年九龙、雅江、康定三县发生的74起（次）各类森火灾（过火面积≥0.1公顷）个例分析，并按照森林火险气象条件、林内可燃物易燃程度及森林着火、蔓延成灾的危险程度，统一将森林防火危险等级分为五级，二至四级发布预警信号，分别用蓝色、黄色、橙色、红色标识。为沿用各级政府及相关部门森林防火危险等级多年习惯，将森林防火危险等级各级含义定义为：一级不危险，只发布等级预报；二级低度危险，发布蓝色预警信号；三级中度危险，发布黄色预警信号；四级高度危险，发布橙色预警信号；五级极度危险，发布红色预警信号。

5 森林防火危险等级（指数）预报（警）模型

5.1 森林着火天气等级预报模型

通过对甘孜州主要林区相关林火气象因子的统计分析，并结合林业、气象部门多年的森林防火经验和实际，最高气温和相对湿度是森林着火的主要气象因素，着火的难易程度一般与前3～5天内这些要素的变化有较密切的相关关系，在森林防火风险期，当最高气温在多年平均值以上，最小相对湿度在多年平均值以下剧变时，森林最容易着火。为滤掉最高气温受海拔高度变化的影响以及短时偶然因素导致最高气温变化的影响，我们选取了最高气温距平值作为主要森林着火气象因子之一，通过对森林高火险期个例的普查和统计，最小相对湿度能较好地代表空气、植被、可燃物干燥程度。根据多年防火经验，上述两因子对森林着火气象等级的贡献率基本相同，为此我们将两因子的权重系数均取值1。通过对主要林区的最高气温距平平均值和最小相对湿度的统计计算以及对高火险期个例分析得到森林着火等级对应的气象因子值（表1）。

表1 森林着火等级对应的气象因子值

最高气温距平（△T）计算公式：

式中：

Tmax─最高气温；

max─最高气温平均值。

森林着火气象等级计算：

通过公式（2）计算得到ZY指数（四舍五入取整数）,利用ZY指数按表4查算得到森林着火天气等级（Z）。

式中：

PT─最高气温距平（△T℃）对应的着火指数，通过表2查算而得；

PU─最小相对湿度（Umin%）对应的着火指数，通过表3查算而得。

表2 PT着火指数

表3 PU着火指数

表4 森林着火天气等级标准

5.2 林火蔓延天气等级预报模型

我们选取了预报日14时定时观测风速及预报日前30天14时平均气温、总降水量、最长连续无降水日数、平均相对湿度作为林火蔓延因子，考虑各林火因子对林火蔓延的贡献不同，我们对各林火因子给出了不同的经验系数（见表5）。通过对主要林区县上述林火蔓延气象因子的统计分析，得出了林火蔓延天气等级对应的气象因子值（见表5），通过公式3计算出林火蔓延天气等级阈值，再根据计算出的林火蔓延天气等级阈值，对高火险天气时段进行拟合，并结合多年来森林防火经验，划分林火蔓延天气等级标准（表6）。

表5 林火蔓延气象等级对应的气象因子值

式中：X1为预报日14时定时观测风速；X2为预报日前30天14时平均气温；X3为预报日前30天总降水量；X4为预报日前30天内最长连续无降水日数；X5为预报日前30天日平均相对湿度。

表6 林火蔓延天气等级标准

5.3 森林防火危险等级预报模型

根据多年来森林防火经验，分别给出了着火和蔓延两大危险等级对森林防火危险等级的权重系数，从而得出计算森林防火危险等级指数经验公式（4）。

通过公式（4）计算得到森林防火危险等级指数WX （四舍五入取整数），利用WX指数按表5-7查算得到森林防火危险等级DJ。

式中：Z为森林着火天气等级；M林火蔓延天气等级。

表7 森林防火危险等级标准

6 森林防火危险等级预报（警）技术系统平台

系统平台设计以森林防火危险气象等级（指数）预报（警）模型为基础，用林火气象因子值通过公式（2）、（3）分别计算着火、蔓延天气等级，用公式（4）计算森林防火危险等级，并自动生成森林防火危险等级预报（警）服务产品（文本、图形文件）。平台兼顾了介面清晰、操作简单、功能齐全的原则，集系统设置管理、数据收集计算、火险等级显示、计算数据查询、系统帮助信息等主要功能为一体。该系统使用VB6开发、集成，应有Office2003以上系统环境及Surfer10(32-bit)和VB6支持（图1）。

图1

6.1 系统平台主要功能

6.1.1 系统设置

主要对系统主要路径、基础数据、文件存放路径和管理进行设置，确保系统正常运行。

6.1.2 数据收集计算

主要是对基础数据进行收集和订正，并通过公式自动计算火险等级，同时兼顾经验订正。

6.1.3 火险等级显示

主要是对火险等级进行图形化显示和等级区显示，以及高火险等级提示，并同时保存相关图形文件。

6.1.4 计算数据查询

主要是对林火因子的历史资料、实况资料、分析资料、计算资料和图片的浏览及查询。

6.1.5 系统帮助信息

主要包括内容简介、使用方法、系统帮助、技术支持和关于系统等内容。

6.2 森林防火危险等级预报（警）制作

6.2.1 收集基本数据资料

将预报（警）监测站点的前一日平均气温、降水量、平均相对湿度和当日最高气温、14时风速及最小相对湿度等基本资料进行收集和准备，并存放在相关文件中。

6.2.2 校对基本数据资料

对基本数据及实况资料进行校对、订正，确保资料不为空或错误，同时保存基本数据资料（图2）。

6.2.3 分析资料检查与校验

分析资料检查与校验是对分析数据资料进行核对、订正，同时保存分析数据资料（图3）。

图2

图3

6.2.4 防火危险等级分析计算

依据分析资料和计算公式自动计算防火危险等级，并保存资料（主要针对预报站点的火险等级进行分析、计算和保存）。

6.2.5 订正森林防火危险等级

根据各相关林火因子值、数值预报产品解释及经验对森林防火危险等级进行分析、订正（主要对计算出的预报区域站点等级进行分析、订正，排除等级极端值和错误值、超边界值等）（图4）。

图4

6.2.6 形成森林防火危险等级预报结论

形成各预报区域站点的森林防火危险等级预报结论数据库。

6.3 森林防火危险等级显示

6.3.1 文本格式数据显示

在文本数据目录D:ForestdatashowFb*1.txt文件的调阅中可以看见如下内容：站点名称、经度、纬度、海拔高度、危险等级及释义和防御对策建议等（图5）。

6.3.2 火险级别等值线显示

主要包括火险等级的等值线分析和填色，可以直观看到等级分布情况（图6）。

图5

图6

6.3.3 高火险级别显示

主要对高火险等级的区域进行分析和填色，可以直观看到高火险等级分布情况，起到提示作用（图7）。

6.3.4 各县林区代表区域火险级别显示

可以查看各县林区代表区域火险级别和预警信号以及防御建议等（图8）。

图7

图8

6.4 资料浏览及查询

主要对实况资料、历史资料、计算资料、服务产品（文本、图片）、日志资料等进行浏览和查询（图9）。

图9

6.5 利用Internet网络进行传输及浏览

打开网络浏览菜单，便能对Internet网络进行浏览、传输等操作（图10）。

图10

6.6 常用工具

本系统为集成了计算器、文字编辑、图片编辑、PPT制作等多类常用工具为一体的综合应用平台，可以方便、快捷处理各类资料（图11）。

图11

7 气象资料处理和预警信息发布

所有林火气象因子的历史和实时资料均通过网络技术在气象资料数据库中自动调入森林防火危险等级预报（警）系统，为确保资料的准确性，操作人员可通过平台中的“修正当日预报资料”功能，对林火气象因子资料进行订正,系统根据订正后的资料自动计算危险等级，并生成预报（警）服务产品文件（包括文本文件和图片文件）。预警信息发布单位调用jmail.dll库文件，向互联网邮箱发送森林防危险等级预报（警）服务产品文件，用户用密码登录邮箱，下载当天的预报（警）服务产品文件，根据危险级别和相关对策建议开展服务。

[1]晁峰. 森林火险预测预报方法分析. 黑龙江科技信息，2011

[2]中国气象局. 地面气象观测规范. 气象出版社,2003.7

[3]四川省质量技术监督局.四川省地方标准. DB51/T856-2008. 川西高原森林火险天气等级, 2008.9

[4]王彬华，李建华编著. 中文VB精彩编程五十例. 电子科技大学出版社,2004.4

[5]曾琦主编. VB6.0编程实例与技巧.中国水利水电出版社,1998.10

[6]严华生等编. 气候变化分析预测. 气象出版社，2003