森林火险等级监测技术研究

牛哲

【摘 要】参考国外森林火险等级监测预报技术研究的思路，运用计算机遥感技术、数学统计技术分析技术，并结合目前国内基层森林防火的实际情况，研究一套实用、高效、精准的森林火险监测系统。能够减轻基层森林防火部门的日常工作业务量，在地（市县）级森林防火部门具有推广运用价值，对我国森林防火系统的建设有重要意义。

【关键词】森林火灾；森林火险等级；监测技术

引言：

森林是地球生态系统的主要组成部分，是人类赖以生存的基础资源，起着保护水资源和调节生态平衡的重要作用。然而森林每年都会遭受各种灾害的侵袭，其中森林火灾位居破坏森林的三大自然灾害之首。森林火灾对森林的破坏性极大，危害极深，造成的经济损失相当严重。它不仅烧毁大量的森林资源，破坏自然环境和生态平衡，还直接影响工农业生产，威胁着人民生命财产的安全。全球每年会发生几十万次森林火灾，森林的平均损失率在1%以上。因而，预防和控制森林火灾仍是世界各国今后一定时期内普遍关注的问题。

通过对森林火险等级的监测，能有效快速地完成对火险的分类传递和反馈，将火灾的发生控制在萌芽状态，能有效的预防森林火灾。但森林防火是一个复杂的系统工程，森林火险等级监测技术的研究是各国普遍遇到的难题，影响到各国森林防火水平的发展。世界上仅有几个森林防火技术较为先进的国家，攻克了难关，并在一定程度上预防了本国森林火灾的发生，减少了森林火灾带来的危害。通过借鉴国外森林防火技术，参考其研究思路，并结合我国森林防火的实际情况，探索具有中国特色的森林火险等级监测技术，具有一定的现实意义。

一、国外森林防火监测技术情况

国外用于进行森林火灾预报的方法有很多种。但归纳起来基本可以分为火险天气预报、林火发生预报和林火行为预报三种类型。

（一）加拿大火险天气指标系统（FWI）

以加拿大火险森林防火技术为代表的火险天气指标系统，可以展现出国外森林防火水平较高国家的研究思路和方法。加拿大火险天气指标系统由六个部分组成：（3个基本码、2个中间指标和1个最终指标）①细小可燃物湿度码（FFMC）；②凋落物下层湿度码（DMC）③干旱码（DC）；④初始蔓延指标（ISI）；⑤有效可燃物指标（BUI）；⑥火险天气指标（FWI）。这些指标的求算通过14时温度、风速和前24 h降水量求得。只要输入前一天的FFMC，DMC，DC，通过FWI的计算，就可得出逐日林火火险等级。

（二）加拿大森林火险天气指标系统（FWI）

以时滞—平衡含水率理论为基础，将气象条件和可燃物含水率有机地联系起来，通过天气条件的变化计算可燃物含水率的变化，然后再根据不同大小或位置的可燃物含水率确定潜在火险等级。该系统可以判断在一定的天气条件下发生森林火灾的概率有多大；发生森林火灾后，其蔓延速度有多快；发生森林火灾蔓延后控制这场火的难度有多大。是火行为几个方面的一个好的指示器，是用于管理的评价一般火险的最好一种方法。

二、我国森林火灾监测技术应用情况

我国的林火监测预报工作起步较晚，并且发展过程比较曲折，因而我国在防火技术的研究应用上还是相当落后的。目前许多地方仍以人力上山巡查、瞭望台瞭望等监测火险情况为主，极少数地方采用航空护林的方法。只有在某些经济较为发达的地方，其森林火灾监测技术的应用相对较为先进。

以苏州森林火灾监测技术应用为例。其每日会根据森林火险监测站提供的气温、湿度、方向、风速、降雨量等来测算该日森林火险等级，发布火险天气的危险情况。各防火部门依据该日的森林火险指数布置防火措施。在森林内设有监控，每个摄像头可以监测大约5平方公里的森林，数百个摄像头便可掌握整片森林的火灾发生情况。

该方法比其它地方的防火技术相对先进很多，然仍有许多不足之处，监测小面积森林可行，不能再全国大范围内应用。首先该火灾监测技术耗资较大，在经济相对较弱的地方难以实施，且在即使经济基础较好森林面积大的森林也难以应用，不可能在大片森林内布置数万计的摄像头。所以，我国的森林火灾监测技术还应有创新。

三、火险等级监测因子的选择

火险等级监测因子的选择是建立在相关关系的基础上，通过对国外森林防火系统思路的借鉴，并结合我国实际情况发现，最高温度、降水量、相对湿度、风速与森林火灾的发生有着比较密切的关系。

（一）最高温度

一日最高温度在一定区间内和森林火灾的发生呈正相关。根据统计表明，当一日最高温度低于﹣15°时，天气寒冷，人类的外出活动减少，发生火灾的概率较低；当一日最高温度大于22°度时，季节性的降水增多，草木生长茂盛并且含水量大，发生火灾的概率也较低；当最高温度处在﹣8°～18°时，火灾发生的概率较大；尤其是最高温度处于﹣6°～16°时，植被干枯且含水量小，是火灾发生的高峰期。

（二）降水量

根据已有研究发现，在某一时间段降水量的多少盒该时段森林火灾发生的概率呈负相关。当一日降水量大于10mm时，24小时内样本森林中发生火灾的概率为0%，48小时内样本森林中发生火灾的概率为2%；当一日降水量处在5mm～10mm时，24小时内样本森林中发生火灾的概率为2%，48小时内样本森林中发生火灾的概率为6.6%；当一日降水量小于5mm时，24小時内样本森林中发生火灾的概率为23%。此外，火灾的发生与冬季积雪量也有密切的关系，当积雪深度大于3cm时，基本不会发生森林火灾。

（三）最小相对湿度

相对湿度的大小与森林火灾发生的次数呈负相关。根据资料研究表明，当空气中的相对湿度大于71%时，基本没有森林火灾发生；当相对湿度处在66%～71%之间时，样本森林发生火灾的概率为2%；当相对湿度在42%～59%之间时，样本森林发生火灾的概率为36%；当最小相对湿度小于40%时，样本森林发生火灾的数量不断增加。

（四）风速

据数据统计发现，如果发生森林火灾，当日风速大于7m/s的概率为78.3%。由此可见，风对森林火灾的影响是比较明显的，风速在火险监测各因子中也是是比较重要的。风对森林火灾有助燃作用，能对火灾现场的氧气进行补充，加剧燃烧现象，加快火灾的蔓延速度；还能把正在燃烧的可燃物带至火灾现场外数公里的地方，造成新的火灾；更有甚者，会在火场形成火旋风，严重威胁人民生命财产安全。

四、森林火险监测系统设计

建立一种新型森林火险监测站，由气象要素传感器（包括雨量、温度、湿度、风向、风速传感器）、数据采集器（包括气象要素转换器、控制器和接口）、通讯终端（包括GPRS/CDMA或其它远距离通讯终端（如北斗））、电源（包括充电控制器、太阳能电池板、蓄电池）、热感器、烟感器等组成。