火险气象等级标准在铜陵市预报业务中的应用研究

熊 权，朱 奇，吴明业

（铜陵市气象局，安徽 铜陵244100）

1 引言

森林是地球生态系统的主体，是大自然的总调度室，具有维护地球生态环境的重要功能，而森林火灾则相反，是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害，是威胁地球生态的主要灾害之一，还会对社会经济、人类的身体健康和生命安全产生不良影响。国内的专家对森林火灾的发生与气象条件的关系作出了许多研究，也取得了一些进展[1-3]。牛若芸等对近几十年来国内外森林火险气象指数的研究工作进行回顾和总结，指出指数查对法、综合指标法和统计回归法各有优缺点，需要结合气候环境特点对这些方法进行适用性研究，并加以修正和完善[1]。陈正洪根据湖北省防火期内的林火个例，导出了分区及全省的火灾气象指标之间的判别函数，制定了森林火险等级标准及预报模式[2]。通过不断研究总结，形成了多个火险气象等级标准，如QX/T 77（中华人民共和国气象行业标准）、GB/T 20487 和GB/T 36743（中华人民共和国国家标准）。

在铜陵市气象预报业务中，非汛期在10-01 至次年04-30，每日均须编制次日的森林火险气象等级预报短信，发给森林防火部门。这3 个标准在铜陵市森林火险等级预报业务中应用较多。本文主要针对这3 个标准及本地化应用进行分析研究，再结合2019 年铜陵市郊区一次森林火灾发生前后的火险气象指数变化的案例分析，最终得到3 个标准在铜陵市本地业务应用中的优缺点和应用经验总结，旨在更准确地预报铜陵市森林火险气象等级，为森林火险防灾减灾作出贡献。

2 火险气象等级标准的演变与本地应用

2.1 中华人民共和国气象行业标准QX/T 77

在铜陵市气象台应用最早的森林火险气象等级标准为QX/T 77—2007。该标准规定了中国森林火险气象等级的划分标准、名称，森林火险气象指数的计算和使用[4]。核心计算方法为：选取了12 个气象因子，划分不同区间，计算12个因子不同区间内的归一化条件概率；再根据附录提供的方法，计算各单因子森林火险贡献度，然后取前五个因子森林火险贡献度的平均值为Uj，取后7 个因子森林火险贡献度的平均值为Uq。森林火险气象指数FFDI的计算公式为：Uj，Uq>0.5 且Uj>Uq时，FFDI=Uj；其他情况，FFDI=0.5×（Uj+Uq）。

在实际业务中，计算过于复杂。首先，它有12 个影响因子，且各因子区间内划分较繁琐，比如说相对湿度在0～100 之间，按区间2 划分，有50 个区间，气温按2 划分，也有20～30 个区间；然后再按不同因子计算各区间内的归一化条件概率，工作量很巨大。再看单因子火险贡献度数学模型，复杂的计算公式，12 个因子分别计算待定系数。因此，在实际预报业务中，对该行标并不能直接应用，在非汛期每日的森林火险气象等级预报，更多的是靠本地经验和预报员个人经验，而且以定性化预报为主。但其提出的用14时气象要素瞬时值来代替气象要素日最值的思路，是否有必要，需要在后面的案例分析中来验证。

2.2 中华人民共和国气象国家标准GB/T 20487

城市火险气象等级GB/T 20487—2006 与GB/T 20487—2018，前者为首次发布版本，后者为前者的第一次修订[5]。新版本对初代版本从术语、定义等进行了修订，核心算法未变。主要选取日最高气温、日最小相对湿度、日最大风力、连续无降水日数、日降水量为5 项主要影响因子。不同的季节与地域，5 种因子与对应的城市火险气象指数各不相同，根据5 个因子实况值，得到对应的5 种城市火险气象指数分量，它们的和构成城市火险气象指数（UFWⅠ），进而划分为5个等级。

相较于QX/T 77，计算有明显的简化。12 个影响因子，简化为5 个主要影响因子，保留了取气象要素日最值的定义，在铜陵市预报业务中，可以直接算得火险气象指数分量，汇总得到火险气象指数及等级。但是其未采用14 时气象要素瞬时值来代替气象要素日最值的思路，哪种预报效果更佳，需要在后面的案例分析中进一步验证。

2.3 中华人民共和国气象国家标准GB/T 36743

2018 年，中国气象局制定并发布了新的森林火险气象等级标准GB/T 36743—2018。该标准规定了森林火险气象等级的确定及其计算方法，适用于对森林火险气象条件的监测、预报和服务[6]。核心计算方法为：根据地势、气候条件和历史火灾分布等因素将全国划分为5 个区域，5 个区域不同的FFDI分界值划分等级；FFDI的计算公式：

可以看出，相比于QX/T 77，GB/T 36743 更多借鉴了GB/T 20487 的主要算法和理论，同时计算进一步简化，且思路更清晰。

首先，将全国划分为5 个区域，本地可以直接代入区域，得到不同森林火险气象等级的指数区间，比GB/T 20487 的简单，南北纬度划分更科学，也更加简捷方便。其次，借降水量修正指数和积雪修正指数，直接将两大类森林火险指数较低的情况划分了出来：当24 h 降水超过1 mm 时，IFFDⅠ为0；当24 h 雪深超过0 cm 时，IFFDⅠ为0。最后，将GB/T 20487中5 个主要影响因子，精简为4 个主要影响因子，根据气象要素及其函数值查对表，求得森林火险气象指数分量。也不再提之前两个标准里的要素最值，借鉴了QX/T 77 的思路，直接以14 时气象各要素值代入计算。因此，GB/T 36743 更像是前面两种标准的综合版本，并进行了升级。

3 铜陵市郊区一次森林火灾发生前后的森林火险气象指数研究

2019-11-15T12：50 左右，铜陵市郊区周潭镇施湾村发生森林火灾。2019-11-17T10：00，4 个火点全部被扑灭。选取此次森林火灾发生前后的时间背景，研究2019-11-4—2019-11-20 一周的森林火险气象指数情况。统计这7 d 的气象要素值。

3.1 GB/T 20487 标准

铜陵市空间属于北纬25°～35°，时间段属于9～11 月，按照GB/T 20487 标准中火险气象指数分量查表中，统计5个气象要素对应的指数分量，并计算火险气象指数。先用GB/T 20487 中定义的各气象要素最值来计算，如表1 所示。再用各气象要素瞬时值（14 时）来计算，如表2 所示。

表1 2019-11-14—11-20 气象要素对应指数分量统计表（最值、GB/T 20487 定义）

表2 2019-11-14—11-20 气象要素对应指数分量统计表（14 时）

对比发现，采用14 时气象要素值计算得到的火险气象等级，更贴合铜陵市实际业务中的森林火险气象等级预报服务。

主要表现在：11-17—11-18 降水均超过8 mm，表1 中11-17—11-18 均预报火险气象等级3 级（中等危险）显然报高，表2 中11-17 预报火险气象等级2 级，11-18 预报火险气象等级1 级更准确；铜陵市郊区施湾村11-15 发生森林火灾，11-17T10：00 4 个火点全部被扑灭，预报11-15—11-16火险气象等级5 级（极高危险）非常准确，而表2 中预报11-14火险气象等级4 级（高危险）比预报火险气象等级5 级更合适；11-19—11-20 是在经历2 d 有效降水后，预报气象等级3 级比4 级好。

因此，在实际业务中，如果要对GB/T 20487 进行应用，用14 时气象要素值代替气象要素日最值进行计算，计算火险气象等级效果更好，这也刚好契合了QX/T 77 中采用的“定义是气象要素日最值、实际用14 时气象要素值替入”这一特点。

3.2 GB/T 36743 标准

同样用气象要素日最值及14 时气象要素值分别计算森林火险气象指数（FFDⅠ）。

不存在积雪，系数Cs均为1；而11-17—11-18 日降水量均超过1 mm，11-17—11-18 系数Cr为0，其他时间Cr为1。根据安徽省生态气象和卫星遥感中心的旱涝监测图，11-14—11-18，铜陵市均为中旱，11-19—11-20 铜陵市为轻旱。

用各气象要素最值来计算，再用GB/T 36743 中定义的各气象要素瞬时值（14 时）来计算，如表3 所示。

表3 2019-11-14—11-20 气象要素对应指数分量统计表（14 时、GB/T 36743 定义）

对比发现，两者得到的森林火险气象等级较为接近，但是从服务效果上来看，后者更加契合。采用最值计算的火险气象等级更加一致，11-14—11-16 均为5 级；采用14 时气象要素值计算得到的火险气象等级，11-14 未发生火灾时为4 级，11-15—11-16，火灾发生与持续，均为5 级，非常准确，指示意义更大。

与GB/T 20487 算法改良版（用14 时气象要素值代替气象要素日最值）计算结果比较，11-14—11-16 火险气象等级一致，11-17 火险气象等级后者显得偏高。因此，在铜陵市预报业务中，GB/T 36743 标准的应用效果更好。

4 总结

通过上述分析得到如下结论：①QX/T 77 的森林火险气象指数计算过于复杂，在铜陵市预报业务中并不能被有效应用，但其提出的用14 时气象要素瞬时值来代替气象要素日最值的思路，在GB/T 36743 中得到采纳，具有重要的意义。②GB/T 20487 经历了两个版本，进行了部分修订，核心算法未变，以5 个气象要素（采用最值）为主要气象影响因子，分别计算火险气象指数分量，汇总得到火险气象指数及等级。③GB/T 36743 更像是前面两种的综合版本，并进行了升级。摒弃QX/T 77 的复杂算法，对GB/T 20487 的算法进行升级，根据地势、气候条件和历史火灾分布等因素，将全国划分为5 个区域，比GB/T 20487 的简单南北纬度划分更科学；引人24 h 雪深的因子（前两种没有），与24 h 降水一起作为重要的控制系数，简化计算；将5 个气象要素计算缩减为4 个，同样简化计算。④选取铜陵市郊区一次森林火灾发生前后为时间背景（2019-11-04—11-20），研究发现：GB/T 20487 计算得到的火险气象等级偏高，如果用14 时瞬时值代替最值，会有明显改善，但与GB/T 36743 计算得到的火险气象等级比较，还是后者更契合实际、服务效果更好，即GB/T 36743 标准在铜陵市预报业务中的应用效果更好。⑤GB/T 36743 也存在一些问题值得思考，比如，两个控制系数为0 时，森林火险气象指数直接为0，但是0 却不在森林火险气象等级划分区间内（一级从4 开始）；降水发生后一段时间，如无旱时6 d 内，或者轻旱1 d（2019-11-19），预报森林火险气象等级一级在实际预报业务中略偏低，调整为二级更好。这就需要国标的起草单位对其进行补充修订，以达到更好的应用效果。