西南林区森林火灾火险预报模型评价研究

赵 璠， 舒立福， 杨征夺， 张明远

(1.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林保护学重点实验室，北京 100091；2.西南林业大学，云南 昆明 650224；3.曲靖市麒麟区林业局防火办，云南 曲靖 655000；4.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086)

研究与设计

西南林区森林火灾火险预报模型评价研究

赵 璠1，2， 舒立福1*， 杨征夺3， 张明远1，4

(1.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林保护学重点实验室，北京 100091；2.西南林业大学，云南 昆明 650224；3.曲靖市麒麟区林业局防火办，云南 曲靖 655000；4.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086)

森林火灾火险预报模型是林火预防的主要技术手段，目前国内的火险预报模型主要针对东北林区构建，而作为全国第二大林区的西南林区迫切需要在本区域选用和构建预报效果较好的火险预报模型。本研究收集整理了国内目前主流的火险预报模型，并利用麒麟区防火办辖区内2013-2015年的实际林火资料对这些模型进行了试报，根据测报结果进行模型评价研究。研究结果表明，“全国森林火险天气等级”适用于西南林区的森林火险预报。本研究结果还可为构建该区域的本土火险预报模型提供参考。

林火；火险模型；评价；西南林区

森林火灾是失去人为控制的森林燃烧，其发生后会烧毁大量森林资源、破坏生态环境、威胁人类财产的安全，因此对森林火灾进行积极有效的预防和控制一直以来都是十分重要的研究课题[1]。林火是在自然条件下发生的燃烧现象，其发生发展主要受火源、天气和可燃物这3个因素条件的限制，同时从一个较长的时间和地理范围来看，林火会呈现出明显的时空规律，利用这些限制条件和时空规律即可实现对林火的预防。我国一直以“预防为主，积极消灭”为森林防火方针，对林火的预防是减少林火损失的关键。

林火火险预报模型作为林火预防的主要技术手段，主要是从天气和可燃物的角度入手，根据历史林火资料和实验室试烧的试验数据，建立天气和可燃物的特征变化与林火发生之间的对应关系，并通过数学拟合的方法建立预报模型，模型的预报结果表明林火产生后存在发展成灾的可能性，模型的适用区域与研究数据的来源有很大关系。目前，美、加、澳、日等国家均已建立了完善的林火火险预报体系，我国林火预测预报的研究工作起步较晚，初期主要是在美、苏、加等国火险系统的基础上结合我国情况进行研究，各地相继研制出许多基于本地区的火险预报模型，从建国初期的风速修正综合指标法，到后来的多因子综合指标森林火险预报法、“801”森林火险天气预报系统、福建省温湿指标法等。这些方法的预报因子主要都集中在温度、湿度、风速等气象因子上，属于火险天气预报。除此之外，我国还根据国际上林火预报的发展趋势，研制出双指标法以及在此基础上进一步提出的三指标法等火行为预报模型，这标志着我国已进入了以火报火和火行为预报的研究阶段[2]。

通过收集和整理发现，上述这些火险预报模型主要是以东北等地区为研究对象得出的结果，而以全国第二大林区——西南林区作为研究对象的研究成果还较少，通过将这些经典方法在西南林区进行评价研究，可以从中筛选出适合云南等西南林区的森林火险预报模型，同时还可为这一地区新型火险预报模型的开发提供参考。

1 数据与方法

1.1 研究区域概况

麒麟区隶属于云南省曲靖市(25°07′～26°06′ N、103°29′～104°14′ E)，位于西南林区滇东高原中部，总面积1 561.1 km2。该地区平均海拔2 022.7 m，地势呈东西高、南北低，中部为平坝，东西两侧多为山地，是典型的西南高原林区地形。属于亚热带高原低纬度半湿润山地季风气候，季节温差较小，年平均气温14.5 ℃，干湿季节明显，降水年平均1 008 mm。森林火险期从每年的11月中旬到翌年5月底，长达近7个月，其中2～4月为紧要期，是全国重点防火县(市、区)之一。森林面积76 861 hm2，森林覆盖率49.24 %，土壤主要为山地红壤，森林植被类型以云南松和华山松为主，边远地区存有少量常绿阔叶林[3]。

1.2 历史林火资料

以麒麟区防火办公室2013—2015年共21场森林火灾的气象资料和林火资料作为本研究的火险测算依据。其中气象资料主要包括起火日前后5天的降水量、相对湿度(当日最高、午后14点)、气温(当日最低、午后14点)、午后14点露点温度、日照时数、风速和风向；林火资料主要包括火行为指标和可燃物指标，火行为指标有起火地点、起火及扑灭时间、过火面积和主要扑火装备，可燃物指标包括过火区主要树种、林相和地貌特征。以上这些资料内容基本能够覆盖主流火险预报模型的测算因子，需要指出的是，当天相对湿度的最低值和气温的最高值采用午后14点的测量值代替，因为午后14点是最容易发生林火的时段，所以这种做法在实际工作中可操作性和效果均较好。另外，由于火行为指标中的蔓延速度、火线强度、火焰长度等特征因子很难通过直观观测得到，在地方防火部门的火灾资料中也很少进行相关记录，因此需通过当时扑火设备的选择间接进行反映。这21场林火的火源基本都是人为引起，因此不再单独记录在林火资料中。

1.3 主要火险预报模型

1.3.1 双指标法—云南查算表

双指标法由中国科学院森林土壤研究所开发，其使用大小兴安岭和长白山的气象资料和火灾记录进行分析，采用与森林可燃物易燃性变化关系最密切的气象因子进行计算，确定燃烧性能。该模型的计算内容分为火险级和蔓延力，火险级采用午后14点的气温和相对湿度进行测算，蔓延力采用实效湿度和最大风速进行测算。云南省气象台将双指标法与当地气象条件结合后制定了“森林火险指标查算表”[4]，该表的横坐标为当天最高气温、纵坐标为露点温度。查表时用最高气温和露点温度确定空气湿度值，然后再根据该湿度值在表中火险区间所处的位置确定火险等级。

1.3.2 多因子综合概率森林火险预报法

多因子综合概率森林火险预报法是通过对小兴安岭林区在防火期内经常出现的天气特征进行充分研究，总结发生森林火灾时地面气象要素和高空环流的周期变化规律，并运用相关概率的数学方法建立的火险预报方法，其在预防小兴安岭林区林火时效果较好。该模型的设计方法是通过目标地区的历史气象资料和林火资料，统计主要气象因子的分级情况并形成分级表，统计各因子在不同级别下的林火发生概率并形成概率速查表，这两个表构成了模型的预报支持数据。选用的气象因子包括降水量、日照时数和地面风速之和、08时高空风速、08时地面气温、08时高空气温、08时地面相对湿度。使用该模型测报的方法如下：①统计前5个主要气象因子在预报日前5天的累加值；②通过累加值和相对湿度值对比分级表(见表1)确定这些因子的火险等级，而后通过概率速查表(见表2)确定各因子的概率值；③计算所有主要气象因子概率值的算术平均值，得到预报日的组合概率值和火险等级。本研究直接沿用了伊春地区的预报数据表格。需要说明的是，该模型中考虑了高空气象状况，这些数据在研究区难以获得，因此对因子08时高空风速、08时高空气温统一按三级进行处理。

表1 气象因子分级表

五级四级三级二级一级降水量/mm0