抚顺市森林火险气象等级预报研究与软件开发

李若楠++李俊乐++郑国伟++刘多文++马晓颖++宁大可++沈斌++吴佳丽++李文博++刘明

摘要 当前抚顺市气象部门发布的森林火险天气预报中，空间位置较粗略，以点带面，预报方法单一落后、时效性较差，不能满足各级森林防火工作的实际需求。为此，笔者引入新的森林火险气象等级预报方法，采用修正的布龙-戴维斯方案计算森林火险气象指数，建立本地动态气象要素数据库，研发抚顺森林火险气象预报平台，实现动态计算抚顺各地区森林火险气象等级预报。

关键词 森林火险气象等级；相对湿润度指数；修正的布龙-戴维斯方案；综合气象干旱指数；抚顺森林火险气象等级预报软件

中图分类号 S762.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）03-0162-02

抚顺市地处辽宁东部山区，属长白山系龙岗山脉，森林资源丰富，森林覆盖率达67.92%。每年10月至次年3月是森林防火期，而气象条件决定着森林火灾的发生与蔓延，正确预报森林火灾发生的可能性对森林防火和保护森林资源具有重要的意义。

从20世纪20年代开始，气象和林业专家对森林火险气象指数进行了研究。1928年，Wright仅简单地以空气相对湿度作为火险指数预报森林火险气象等级[1]，1967年McArthur总结了McArthur火险尺[2]，之后，Noble等又在此基础上总结了森林火险指数的计算式[3]。1998年国家气象中心结合美国洛杉矶林业试验站布龙-戴维斯方案，利用特大火灾历史数据库反复验证，研制出了国家级森林火险气象指数[4]。本文以抚顺章党、清原、新宾为例，建立森林火险气象数据库，采用修正的布龙-戴维斯方案，研发森林火险气象等级预报软件并开展业务化运行。

1 预报方法的研究

森林火险气象指数FFDI是反映森林起火难易程度的气象指标；森林火险气象等级FFDR反映森林起火难易程度气象指标的等级，即对FFDI进行等级划分。

1.1 相对湿润度指数计算方法

本文采用《气象干旱等级》（GB/T 20481—2006）中推荐使用的相对湿润指数指标，相对湿润度指数是表征某时段降水量与蒸发量之间平衡关系的指标之一。公式为：

M=（P-PE）/PE（1）

式中：P—某时段的降水量（mm）；PE—某时段的可能蒸散量（mm），用Thornthwaite方法计算。

1.2 可能蒸散量的经验公式

Thornthwaite方法是《气象干旱等级》（GB/T 20481—2006）中推荐的求算可能蒸散量的经验公式。公式为：

式中：PEM—可能蒸散量，是指月可能蒸散量（mm/月）；Ti—月平均温度（℃）；H—年热量指数；A—常数。

A=6.75×10-7H3-7.71×10-5H2+1.792×10-2H+0.49。

当月平均气温Ti≤0 ℃时，月热量指数Hi=0，月可能蒸散量PEm=0（mm/月）。

1.3 标准化降水指数计算方法

本文采用《气象干旱等级》（GB/T 20481—2006）中推荐的标准化降水指标（简称SPI），是在计算出某时段内降水量的Г分布概率后，再进行正态标准化处理，最终用标准化降水累计概率分布来划分干旱等级，最终计算公式如下：

1.4 综合气象干旱指数的计算方法

本文采用《气象干旱等级》（GB/T 20481—2006）中推荐的综合气象干旱指数（CI），既反映短时间尺度（月）和长时间尺度（季）降水量气候异常情况，又反映短时间尺度（影响农作物）水分亏欠情况。该指标适合实时气象干旱监测和历史同期气象干旱评估，计算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30（8）

式中：Z30、Z90—分别为近30 d和90 d标准化降水指数SPI，由式（7）得；M30—近30 d相对湿润度指数，由式（1）得；a—为近30 d标准化降水系数，由达轻旱以上级别Z30的平均值除以历史出现最小Z30值，平均取0.4；b—为近90 d标准化降水系数，由达轻旱以上级别Z90的平均值除以历史出现最小Z90值，平均取0.4；c—为近30 d相对湿润系数，由达轻旱以上级别M30的平均值除以历史出现最小M30值，平均取0.8。

通过式（8），利用前期平均气温、降水量，可以滚动计算出每天综合气象干旱指数（CI），进行干旱监测。

1.5 修正的布龙-戴维斯方案

采用布龙-戴维斯火险标尺法计算的森林火险气象指数为U，即选取相对湿度、风速、可燃物湿度、温度及降水间隔日数等因子，并把这些因子作为火灾危险度的变量[4]。火灾危险度指标是各变量贡献之和，各变量均用百分数表示，U的表达式为：

U（V，T，F，M）=f（V）+f（T）+f（F）+f（M）（9）

式中：U—森林火险气象指数，V—14：00风速（m/s），T—14：00气温（℃），F—可燃物湿度+相对湿度×0.25。

经过指数订正，得到最终的森林火险气象指数FFDI：

FFDI=U×Cr（10）

式中，Cr—降水量修正系數，当日有降水取值为0，当日无降水取值为1。修正方案中气象因子及其指数查对见表1。采用修正的布龙-戴维斯方案计算的森林火险气象指数U1表达式为：

U1（V，T，F，M）=f1（V）+f1（T）+f1（F）+f1（M）（11）

根据《气象干旱等级》（GB/T 20481—2006）综合气象干旱指数CI>-0.6属于无旱类型，CI的计算见式（8）。依据辽宁省地方标准《森林防火技术规程》（DB21/T2732—2017）以及《森林火险气象等级国家标准征求意见稿》，将森林火险气象等级分为5个等级。规定FFDI与FFDR命名对照以及森林火险气象等级的描述见表2。endprint

2 森林火险气象等级预报模型

每日20：00自动提取本地气象自动站数据库中前1 d 20：00至当天20：00各预报站点的降水量、日最高温度、日最低温度，经过计算建立逐日降水量、日平均气温、月平均气温数据库，通过选择日期，采用修正的布龙-戴维斯方案计算得出抚顺各地区的森林火险气象等级，并展示在界面上[5-7]。系统概念模型如图1所示。

3 森林火险气象等级预报软件实现

当日20：00前运行森林火险气象等级预报软件，界面默认显示为前1 d结果，以2017年10月8日章党、清原、新宾站为例（图2）；当日20：00以后运行森林火险气象等级预报软件，界面默认显示为当天结果。可通过改变日期显示指定日期的森林火险氣象等级预报结果。通过参数设置可对数据来源、火险等级描述、自动站数据库连接参数和拟预报台站进行设置。

4 结论

采用修正的布龙-戴维斯方案，建立本地森林火象气象数据库，通过森林火险等级预报软件可以实现实时滚动的森林火险气象等级预报，并可精确到乡镇，满足各级森林防火工作的实际需求，对于加强森林防火工作，防范火灾发生具有重要意义[8-9]。

5 缺点及不足

修正的布龙-戴维斯方案中所选的因子均基于气象自动站实况数据，若某自动气象站缺少对某个因子的采集，如相对湿度因子，则此方法就不适用。目前抚顺市各乡镇的气象自动站多为四要素自动站，满足修正的布龙-戴维斯方案的代表站较少，以后可以通过增加多要素气象自动站的建设解决此问题。

6 参考文献

[1] 舒立福，张小罗，戴兴安，等.森火研究综述（Ⅱ）林火预测预报[J].世界林业研究，2003，16（14）：34-37.

[2] MCARTHUR A G.Fire behaviour in eucalypt forests[R].Commonwealth of Australia Forest and Timber Bureau Leaflet，1967：107.

[3] NOBLE I R，BARY G A V，GILL A M.McArthur′s fire-danger meters expressed as equations[J].Australian Journal of Ecology，1980：201-203.

[4] 王建捷，李纪曼，胡江凯，等.数值天气预报业务系统简介[R].北京：国家气象中心，2003：273-276.

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[7] 曹永强，张兰霞，张岳军，等.基于CI指数的辽宁省气象干旱特征分析[J].资源科学，2012，34（2）：265-272.

[8] 李亚滨.CI在黑龙江省的应用及与农业干旱监测对比分析[C]//中国气象学会.第28届中国气象学会年会：S11气象与现代农业.中国气象学会：中国气象学会，2011：5.

[9] 邹旭恺，张强.近半个世纪我国干旱变化的初步研究[J].应用气象学报，2008，19（6）：679-687.endprint