滇中昆明地区森林火灾的火环境研究

王秋华，李　伟，刘世远，任金鑫，李世友，刘　博

(1.西南林业大学土木工程学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南昆明650224; 2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224)

滇中昆明地区森林火灾的火环境研究

王秋华1，李伟2，刘世远1，任金鑫1，李世友1，刘博1

(1.西南林业大学土木工程学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南昆明650224; 2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224)

摘要：通过分析滇中昆明地区1980—2009年30年间以10年划分的月平均气象资料，整理相关森林火灾资料,对森林可燃物进行分类，同时结合基础地形、地貌特征，研究森林火灾形成的火环境，结果表明：火环境趋于有利于森林火灾的发生。近30年昆明的月平均最高气温逐渐增加，相对湿度降低，但平均最大风速降低，而3，4月份平均月降水量几乎都是全年的最低，不足30 mm，2009—2013年的持续干旱对森林火灾的发生有着更深刻的影响；复杂的地形、地势也有利于森林火灾的产生、传播，特别是山高、坡陡；主要针叶树种为易燃的云南松和华山松，可燃物非常丰富，在持续干旱的背景下更易孕育重大森林火灾。 致谢：复旦大学张恬修订了英文，谨致谢意！

关键词：可燃物；地形；天气；火环境；昆明地区

火环境指气象条件、天气形势和气候条件以及地形地势，这些因素与火源、可燃物互为环境条件[1-2]，是影响或改变火的发生、蔓延和熄灭等火行为特征的可燃物、地形和气象因素的综合体[3]，会不断变化[4]。林下地被可燃物种类组成及负荷载量是林火发生的关键要素之一，与林火发生频度密切相关[5]。林火发生频率并非随气象单增因子或单减因子量的增大或减小而呈线性变化，取决于各季的气候条件，以“暖干”型林火发生次数最多，以“冷干”型过火面积最大[6]。火环境的研究是林火研究的基础，能够揭示某一地区森林火灾形成的必备条件，能够为森林火险区划、森林防火物资储备、灭火力量配备以及林火监测等提供支撑，也能够为扑火安全提供理论依据，特别是扑火中的安全系统，包括瞭望系统、通讯、逃生路线和安全区域设置[7]。火环境的研究主要集中于中国东北大兴安岭的地下火、山地偃松林、呼中林区雷击火发生的火环境[8-10]，江西庐山森林火灾的火环境因素[11]，中国境外火的火环境[12]，以及云南松林飞火形成的火环境研究[13]等。火环境的研究方法主要有炭屑记录分析[14]、气象资料及气象模型[15]、基于BP神经网络的方法等[16]。本文从气象要素、地形条件以及可燃物类型角度，研究了滇中昆明地区森林火灾的火环境，以揭开滇中地区森林火灾多发的原因，并为继续深入重大森林火灾机理提供依据。

1研究地概况

昆明市地处云南省中部，位于102°10′～103°40′E、24°23′～26°22′N，系多层次山原地貌，海拔1 500～2 800 m，地势北高南低，地貌复杂多样，地形高差较大。同时，因受印度洋西南暖湿气流的影响，日照长、霜期短，属低纬度高原山地季风气候，立体气候特征明显。据多年气象资料统计，昆明年均气温14.5 ℃，最热月平均气温19.7 ℃，最冷月平均气温7.5 ℃，年温差l2～13 ℃。年平均降水量1 031 mm，全年降水量在时间分布上，明显分为干、湿两季，11月至次年4月为干季，降水量仅占全年的15%左右，5—10月为雨季，降水量占全年的85%左右。全年无霜期近年均在240 d以上，晴天较多，日照时数年均2 445.6 h，日照百分率56%。终年太阳投射角度大，年均总辐射量达542.99 kJ/cm2[17]。

昆明市土地面积2.1万km2，现有林业用地122.76万hm2，占国土总面积的58.87%，森林覆盖率51.2%，活立木蓄积2 132万m3。自然分布着亚热带常绿阔叶林、针阔混交林、温带针叶林、高山灌丛和草甸等不同类型的植被。特殊的地形地势，多样的气候和丰富的森林类型，多样、复杂的生产生活用火，较长的防火期(长达6—7个月)，导致该地区林火行为非常复杂性，森林防火任务异常艰巨。

2研究方法

2.1气象资料收集

通过中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)，获得昆明地区地面气象资料(1980—2009年)30年的气象资料，用SPSS16.0按照10年分为3个阶段统计月平均，用EXCEL 2007作图，得到30年的10年平均最高气温、平均相对湿度、平均最大风速和平均降水量。

2.2森林火灾数据收集

从林业科学数据中心(http://www.forestdata.cn/)获取近年昆明地区发生的森林火灾数据，进行统计分析。

2.3森林可燃物的分类

通过燃烧性的界定，对昆明地区的主要植被可燃物类型进行划分。

3结果与分析

3.1昆明地区近年火灾概况

据统计，2003—2007年，昆明市共发生森林火警、火灾211起，其中，森林火警133起，占发生总数的63%；一般火灾77起，占发生总数的36.5%；重大火灾1起，占0.5%；未发生过特大火灾；过火面积7 256.68 hm2，受害面积1 302.416 hm2。其中2004年，2007年过火面积和受害面积都非常小，分别占3.7%，10.1%和1%，12.4%；2006年火灾形势比较严峻，过火面积和受害面积分别占统计5年的为33.4%，48.9%，因为发生了“3·29”重大森林火灾，森林大面积过火、受害。2009年，全市共发生森林火灾46起，其中，一般森林火灾40起，较大森林火灾6起，火场总面积272.51 hm2，受害森林面积34.373 hm2，受害率0.045‰，控制率0.747 hm2/次，当日扑灭率100%。2010年，全市共发生森林火灾51起，其中：一般森林火灾26起，较大森林火灾25起，火场总面积972.12 hm2，受害森林面积152.31 hm2，受害率0.2‰，当日扑灭率95%。

3.2影响森林火灾的气象要素

3.2.1气温气温与林火发生十分密切，直接影响空气相对湿度和可燃物含水率的变化。温度升高，湿度下降，可燃物水分蒸发而干燥，可燃物自身温度也提高，使达到燃点所需热量大大减少。

图1为20世纪1980年代平均最高气温最低，1990年代居中，而2000年代最高。说明近30年昆明的平均最高气温逐渐在增高，与昆明市1951—2010年平均气温多年变化趋势相似，年平均气温基本呈逐年升高的趋势[18]。气温升高会通过对环境的影响间接作用于可燃物，改变可燃物的物理性质，提高火险等级。这也是近年昆明地区森林火险等级提升的主要原因之一。

图1　1980—2009年平均最高气温　Fig.1　The maximum average temperature from 1980 to 2009

图2　1980—2009年平均相对湿度Fig.2　The average relative humidity from 1980 to 2009

3.2.2相对湿度相对湿度是值越小，空气越干燥，森林火险等级就可能越高，直接影响森林可燃物的易燃性，决定森林能否燃烧，间接影响林火行为特征。

图2为昆明地区森林防火期的平均相对湿度，1980—1989年10年月平均相对湿度与1990—1999年10年月平均相对湿度非常接近，而2000—2009年10年月平均相对湿度最低。说明近30年随着昆明的平均最高气温逐渐升高，相对湿度降低，这直接影响可燃物的含水率，使之也随之减少，变得更加干燥、易燃。相对湿度40%是临界值，低于40%，细小可燃物容易燃烧，火的强度基本保持不变，当小于20%时，常使细小可燃物猛烈燃烧，并产生飞火[19]。

3.2.3风风不仅能加快可燃物水分蒸发，加速干燥，使可燃物易燃，同时不断补充新的氧气，增加助燃条件，加快燃烧过程。风主要通过风速和风向影响林火，风速越大，火灾次数增加越多，火烧的面积也越大。在连续干旱、高温的天气条件下，风是决定发生森林火灾多少和大小的重要因子。此外，风还能改变热对流，增加平流热，大大加快林火向前蔓延的速度，有时还会造成飞火，急剧扩大火灾面积[20]。由于昆明地区地形复杂，大气候对林火蔓延的影响较小，小气候的影响反而较大(在大多数地区，山脊的风速最大，山谷的风速最小)。

图3　1980—2009年平均最大风速Fig.3 　The maximum average speed from 1980 to 2009

图4　1980—2009年平均降水量Fig.4　The maximum average rainfall from 1980 to 2009

图3为昆明地区森林防火期的平均最大风速，1980—1989年10年月平均最大风速最大，1990—1999年10年月平均最大风速居中，而2000—2009年10年最大风速最小。特别是在森林防火紧要期(3，4月份)，平均最大风速几乎都是全年的最高值，且3个10年的差异非常明显。这也能部分说明1980—2009年30年昆明地区森林防火紧要期前后总会发生重大森林火灾，如1986年“3·28”重大森林火灾，1995年“4·17”重大森林火灾，尤其是2006年“3·29”重大森林火灾，造成的损失都特别大，扑救火灾花费了大量的人力、物力和财力。

3.2.4降水量降水是影响森林火灾的主要因素之一。降水量的大小、持续时间长短决定了可燃物(特别是死可燃物)含水率的高低，还能增加土壤含水率，使燃烧的森林大火熄灭，或使森林难以发生火灾。因此，降水量的大小和季节分布是一个地区森林火险期开始、结束以及判断火险高低的重要因素。

图4为昆明地区森林防火期的平均降水量，1990—1999年10年的月平均降水量最大，1980年1—7月份降水量最低，8月份后降水量居中；2000年1—7月份降水量居中。8月份后降水量最少。特别是在森林防火紧要期(3，4月份)，平均月降水量几乎都是全年的最低，都不足30 mm。昆明地区由于地处滇中经济较发达地区，人为干扰严重，原始林很少，次生林、灌木林等植被多，加上人工的中幼林、飞播林和密集的灌木林集中分布，可燃物非常丰富，整体降水偏少，是云南森林火灾的高发区，容易发生重大森林火灾。

3.2.5干旱森林火灾的发生与长期干旱天气密切相关。干旱使深层及重型可燃物变干，使植被过早成熟(顶部枯萎)，使河流水位降低，失去天然防火线，并使有机质暴露出来，大大增加有效可燃物量；使已腐朽可燃物的含水量降到最低程度，增加飞火的着火概率[21]。云南1—3月干旱最严重，平均每年有约2/3的土地受旱[22]，也是森林火灾最多的季节。越是干旱的月份，森林火灾越多，并且越严重。1980—1999年20年间，昆明地区的安宁市共出现8次干旱，1995年的干旱，从3月1日至4月30日长达61 d，2个月降水仅为5.6 mm，持续干旱高温干燥的天气，直接诱发了4月17日的县街乡的重大森林火灾[23]。2009年持续至2013年的连续干旱也将对森林火灾产生深远的影响。

3.3地形条件

昆明地处南北向滇中湖群核心的昆明盆地(云南最大的盆地)，北高南低，西高东低，是靠山面水的地貌空间。平面上由四周向中心为中低山地-倾斜台地-冲洪积台地-冲湖积平原-湖沼平原-滇池。盆地内地貌起伏小，坡度15°以下的面积占87.34%，小于7°占66.55%。

按地表海拔高度进行地貌特征数量统计，昆明地处云南高原中部，海拔较高，高原是其基本形态，可将昆明地区分为低山、低中山、高中山、高山4类地貌类型[24]。从表1可看出，昆明地区均为山地地貌，其中主体地貌为中山地貌，高山和低山所占比例不大，结合空间分布图可以看出研究区地貌空间分布特点为：总体地形北部高，由北向南呈阶梯状逐渐降低，中部隆起，东西两侧较低，高山主要集中在昆明北部(禄劝北部和东川地区)；中山广泛分布在该区中部及南部；低山分布比较零散，主要分布在该区河谷地区。

表1　高程与地貌类型统计

3.4可燃物类型

昆明地区自然分布着亚热带常绿阔叶林、针阔混交林、温带针叶林、高山灌丛和草甸等主要植被类型。其中区域代表性较大的是高原山地的亚热带植被，包括半湿润常绿阔叶林、亚热带山地针叶林和山地灌草丛，其次是中山、亚高山植被带和低海拔的河谷植被带。地带性植被为典型的亚热带西部半湿润常绿阔叶林，主要类型有：滇青冈(Cyclobalanopsisglaucoides)、黄毛青冈(Cyclobalanopsisdelavayi)、元江栲(Castanopsisorthacantha)、滇石栎(Lithocarpusdealbatus)、高山栲(Castanopsisdelavayi)以及半湿润常绿阔叶林破坏后形成的云南松 (Pinusyunnanensis) 林[25]。灌木主要有金丝桃(HypericummonogynumLinn.)、滇杨梅(MyricananaA.Cheval.)、小铁仔(Myrsinestolonifera(Koidz.) E.Walker)、小杜鹃(RhododendronmicrophytonFranch.)、石楠(PhotiniaserrulataLindl.)等。草本植物主要有白健秆[Eulaliapallens(Hack.) Kuntze]、野古草(ArundinellaanomalaStend.)、金茅[Eulaliaspeciosa(Debeaux) Kuntze]、蜈蚣草[Eremochloaciliaris(Linn.) Merr.]、扭黄茅[Heteropogoncontortus(Linn.)]等。以及常绿阔叶林破坏后生长起来的各类灌丛，面积为4 414.05 km2，占21.99%[26]。

针叶林是以针叶乔木树种组成的森林。昆明地区的针叶林对保持水土，改善环境，维持生物圈的动态平衡，都有一定的作用[27]，主要树种为易燃的云南松和华山松。其中，云南松林(暖性针叶林)，面积为5 814.44 km2，占国土面积的26.77%[26]。云南松的自然整枝能力较强，枯死枝条极易干燥，是地表火向树冠火转化的通道，可分为灌木-云南松林和草类-云南松林，华山松也可分为灌木-华山松林和草类-华山松林[28]。

根据氧指数试验将15种植物的小径级活枝分为3 类，其中难燃类4种：大白花杜鹃(Rhododendrondecorum)、野八角(Illiciumsimonsii)、厚皮香(Ternstroemiagymnanther)、南烛(Lyoniaovalifolia) ；可燃类7 种：云南含笑(Micheliayunnanensis)、云南松、地盘松(Pinusyunnanensisvar.pygmaea)、华山松、滇青冈、云南樟(Cinnamomumglanduliferum)、云南野山茶(Camelliapitardii)；较易燃类4种：小白花杜鹃(Rhododendronsiderophyllum)、炮仗花杜鹃(Rhododendronspinuliferum)、光叶石栎(Lithocamairei)、元江栲[29]。通过燃烧性试验，25种植物的燃烧性由弱到强的顺序为小白花杜鹃、南烛、油茶、大白花杜鹃、野八角、米饭花(Vaciniumsprengelii)、银荆(Acaciadealbata)、云南含笑、东魁杨梅(Myricarubravar．typica)、尼泊尔桤木(Alnusnepalensis)、岗柃(Euryagroffii)、荸荠杨梅(Myricarubravar．atropurpurea)、马蹄荷(Exbucklandiapopulnea)、厚皮香、大树杨梅(Myricaescuenta)、云南松、黑荆(Acaciamearnsiss)、华山松、茶树(Camelliasinensis)、云南野山茶(Camelliapitardii)、元江栲、滇青冈、光叶石栎、女贞(Ligustrumlucidum)和滇润楠(Machilusyunnanensis)[30]。可燃物是一个动态变化的过程，需要进行长期的跟踪调查。

4结论与讨论

火环境是长期的气候和天气，固定不变的地形、地势和地貌，各种植被可燃物特征以及其他各种影响因素与控制火行为的各种力量的总和。滇中昆明地区森林火灾形成的火环境很复杂，影响因素很多。首先，近30年的气象条件非常有利于孕育火灾。月平均最高气温逐渐在增加，相对湿度降低，平均最大风速降低，而3，4月份平均月降水量是全年的最低，不足30 mm，处于暖干化趋势，2009—2013年持续干旱更是有利于火灾的发生。其次，地形、地势有利森林火灾的产生、传播，全市相对高差在200～1 000 m的面积占了总面积的60.7%，山高坡陡。其他因素：森林防火期处于冬、春季，此时受西风环流南支急流控制，云南松林区气候干暖，少雨，又正是云南松及其林下灌丛、草本的休眠期，枯枝、落叶增多，可燃物非常丰富；农业生产繁忙，导致火源多，很容易引发森林火灾。

火环境是多个固定和可变多因素的综合体，与全球气候变化(全球气候变暖)和局部的小气候变化关系紧密，需要继续研究如何用数学方法定量表达并量化比较。滇中地区是云南省经济较发达地区，该区域火源非常复杂，需要重新分类并实施管理。同时，结合火环境，也要继续深入研究滇中地区的森林可燃物，特别是近年来随着国家退耕还林，天然林保护工程的持续、有效实施，森林植被得到很大的保护和恢复，森林可燃物也在不断变化，尤其要加强森林防火期内可燃物燃烧特性的动态监测。

参考文献：

[1]Countryman C M.The Concept of fire environment [J].Fire Management Today,2004,64(1):49-52.

[2]胡海清.林火生态与管理[M].北京:中国林业出版社,2009:57-72.

[3]Max A，Moritz,Dennis C Odion.Examining the strength and possible causes of the relationship between fire history and sudden oak death [J].Oecologia,2005,144: 106-114.

[4]Williams Jerry.A changing fire environment: The task ahead[J].Fire Management Today，2004,64(4):7-11.

[5]周志权,高国平,曲艺.辽西主要林型地被可燃物与林火发生关系的研究[J].东北林业大学学报,1999,27(1):75-77.

[6]傅泽强,陈动,王玉彬.大兴安岭森林火灾与气象条件的相互关系[J].东北林业大学学报,2001,29(1):12-15.

[7]Paul Gleason,.LCES-a key to safety in the wildland fire environment [J].Fire Management Today,2004，64(1):70-71.

[8]舒立福,王明玉,田晓瑞,等.大兴安岭林区地下火形成火环境研究[J].自然灾害学报,2003,12(4):62-67.

[9]舒立福,王明玉,李忠琦,等.大兴安岭山地偃松林火环境研究[J].山地学报,2004,22(1):36-39.

[10]舒立福,王明玉,田晓瑞,等.我国大兴安岭呼中林区雷击火发生火环境研究[J].林业科学,2003,39(6):94-99.

[11]肖金香,彭家武,袁平成,等.庐山森林火灾的环境因素分析及对策[J].江西农业大学学报,1999,21(4):592-596.

[12]田晓瑞,舒立福.我国境外火的火环境分析[J].森林防火,2005(3):24-26.

[13]王秋华,徐盛基,李世友,等.云南松林飞火形成的火环境研究[J].浙江农林大学学报,2013,30(2):263-268.

[14]曹艳峰,黄春长,韩军青,等.黄土高原东西部全新世剖面炭屑记录的火环境变化[J].地理与地理信息科学,2007,23(1):92-96.

[15]张思玉,蔡金榜,陈细目.杉木幼林地表可燃物含水率对主要火环境因子的响应模型[J].浙江林学院学报,2006,23(4): 439- 444.

[16]曾孝平,刘敬,刘德,等.基于BP神经网络的森林火环境预测方法[J].重庆大学学报：自然科学版,2005,28(1):73-76.

[17]魏雪峰.昆明市林地立地质量状况分析[J].林业调查规划,2009,34(6):5-7.

[18]何云玲,鲁枝海.近60年昆明市气候变化特征分析[J].地理科学,2012,32(9):1119-1124.

[19]Anthenien A,Tse S D,Fernandez-Pello A C.On the trajectories of embers initially elevated or lofted by small scale ground fire plumes in high winds[J].Fire Safety Journal,2006,41(5): 349-363.

[20]姚树人.火场形势预测的研究[J].森林防火,2007(2):37-38.

[21]林其钊,舒立福.林火概论[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2003:166-168.

[22]彭贵芬,刘瑜,张一平.云南干旱的气候特征及变化趋势研究[J].灾害学,2009,24(4):40-44.

[23]秦剑,余凌翔.云南气象灾害史料及评估咨询系统[M].北京:气象出版社,2001:15-163.

[24]王雷,朱杰勇,周燕.基于1∶25万DEM昆明地区地貌形态特征分析[J].昆明理工大学学报：理工版,2007,32(1):6-9,14.

[25]金振洲,彭鉴,段永智,等.昆明植被[M].昆明:云南科技出版社,1994:86-740.

[26]龙春林.昆明生态城市建设研究[M].昆明:云南科技出版社,2003:229-249.

[27]云南森林编写委员会.云南森林[M].北京:中国林业出版社,1986:69-175.

[28]王秋华,舒立福,李世友.云南主要针叶林可燃物类型划分及特征[J].林业资源管理,2011(2):48-53.

[29]李世友,昌尼娜,管晓媛,等.昆明地区15种常见木本植物活枝的燃烧性[J].生态学杂志,2012,31(2): 276-281.

[30]李世友,罗文彪,舒清态,等.昆明地区25种木本植物的燃烧性及防火树种筛选[J].浙江林学院学报,2009,26(3):351-357.

包淋斌，欧阳克蕙，黎力之，等.豆粕、菜粕、棉粕在锦江黄牛瘤胃降解率测定[J].江西农业大学学报，2015，37(1)：114-119.

A Study on the Fire Environment of Forest Fire in Kunming Area

WANG Qiu-hua1, LI Wei2,LIU Shi-yuan1,REN Jin-xin1,LI Shi-you1,LIU Bo1

(1.Yunnan Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control,College of Civil Engineering,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China;2.Yunnan Academy of Biodiversity,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)

Abstract:By using the methods listed below,the forest fire environment in Kunming area,middle-Yunnan Province was studied: 1.Analyzing and contrasting the average meteorological data of each month from 1980—2009,which were divided into three sections every ten years;2.arranging and studying the information gathered from forest fires occurred recently in those areas;3.then classifying the local forest fuel types combined with the characteristics of basic topography and terrains.The results were as follows.Firstly,the fire environment tended to be advantageous to the forest fires with the maximum month average temperature increasing and the relative humidity decreasing while the month average rainfall of March and April stayed the lowest during the 30 years,which was below 30 mm.And the arid lasted from 2009 to 2013 significantly influenced the occurrence of the forest fires.Secondly,the complicated terrains and topography,especially the steep slopes and cliffs,benefited the forest fire,too.They helped the forest fire to ignite more rapidly,spread faster and grow bigger.The last factor was the forest fuels,whose loads were very heavy.Among them,the main conifer species were Pinus yunnanensis and Pinus armandii,which were very combustible during the constant arid periods.

Key words:forest fuel;topography;fire weather;fire environment;Kunming area

作者简介：王秋华(1978—)，男，博士，副教授，主要从事森林防火研究，E-mail:qhuang2010@163.com。

基金项目：国家自然科学基金(31300553)和云南省应用基础研究计划(2011FZ136)

收稿日期：2014-09-22修回日期：2014-11-26

中图分类号：S762.1

文献标志码：A

文章编号：1000-2286(2015)01-0108-06