根河林区雷击火分布特征及气象因素影响分析

李威，陈林涛，赵瑞廷，周梅*

（1.内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019；2.中国内蒙古森林工业集团有限责任公司，牙克石 022150）

森林火灾是全球性的自然灾害，通常会带来如森林生态系统破坏、森林蓄积量下降、温室气体排放量增加、人类生命财产损失等负面影响[1]。森林火灾按火源类型分为天然火和人为火，在天然火中雷击火是主要组成部分，全世界由雷击引起的森林火灾占森林火灾总数的7%～10%[2-4]。加拿大、美国、俄罗斯、澳大利亚等国是由雷击引起森林火灾最多的国家[5-6]。

在 20 世纪 70 年代，Komarek 等[7]便开始了全球性的雷击火分布研究。此后，世界上许多科学家从雷击火发生机理、分布特征、监测预报等方面开展了广泛而深入的研究。Podur 等[8]对1976—1998 年加拿大安大略省闪电引起的火灾进行了空间统计分析，探讨了火灾的空间分布规律、随机性以及空间相关性的尺度。Renkin等[9]对黄石国家公园发生的17起雷击火进行了研究和总结，发现可燃物水分和森林覆盖类型对火灾的发生和蔓延活动存在较大影响。贾丙瑞等[10]研究了1972—2005 年黑龙江大兴安岭林区雷击火特征与干旱指数的关系，认为干旱指数是显著影响雷击火次数及火烧面积的因素。倪长虹等[11]对黑龙江大兴安岭近40 a的雷击火特征进行了研究分析，认为雷击火主要发生在一天中的10~17时，并且降水＜400 mm、温度＞14 ℃时是雷击火高发段。赵俊卉等[12]基于LIS/OTD 格点数据结合气象资料对大兴安岭地区雷击火时空分布进行研究，认为雷击火不仅受到闪电活动的影响，还受地形、气象条件和植被分布的影响。

在我国，大兴安岭林区地处高纬度区域，位于冷暖气团交汇的东亚季风区，每年5～8 月，来自贝加尔湖和蒙古的冷空气流经该区域，经常出现的干雷暴天气，令内蒙古大兴安岭林区成为全国雷击火发生次数最多、造成危害最大的区域之一[13]。有学者预测，随着全球气候变暖，今后50 a 内全球森林火险的形势越发严峻，21 世纪末，气候变化对北方森林的影响将导致森林火灾频数大幅度增加[14]。因此，在全球变暖的气候背景下加强内蒙古大兴安岭林区雷击火的研究是十分必要的。本研究结合气象数据对2000—2018年雷击火特征进行分析，研究内蒙古大兴安岭根河林区气象因素对雷击火的分布规律的影响，为该地区雷击火的监测及预防提供理论依据。

1 研究区概况

根河林业局地处内蒙古自治区，位于大兴安岭的腹地，行政隶属内蒙古大兴安岭重点国有林管理局，地理坐标为东经120°41′30″～122°42′30″，北纬50°25′30″～51°17′00″。研究区属于寒温带湿润性森林气候，兼具大陆性季风气候的一些特征，夏短冬长，寒冷潮湿，无霜期约90 d，年均气温-5.3 ℃，昼夜温差较大，结冻期达210 d以上。研究区地表、地下水资源丰富，水系分布均匀，是大兴安岭地区丰水区之一。境内河流包括根河、乌力依特河、约安里河、会河、角刀木河、雅格河、潮查河、鲁吉习河、木瑞河、冷布露河等。根河发源于大兴安岭伊吉奇山西南部，长427.9 km，处于根河林业局境内长度达170 km，流域面积15 796 km2，是林区内最大的河流。研究区植被属于东西伯利亚植物区系和蒙古植物区系，以木本植物为主。优势树种为兴安落叶松，占总林地面积的81.6%左右，其他植被主要有白桦、樟子松、甜杨、钻天柳、偃松、大叶杜鹃、越橘、杜香、莎草及禾本科植物、苔藓等，分布状况随海拔不同各有差异[15-16]。

2 研究方法

采用SPSS 25.0 软件对不同年份雷击火资料进行统计分析，并对雷击火特征与气象因子进行回归分析，绘图过程由Origin 2018 软件完成。2000—2018 年研究区气象数据来自根河气象站，2000—2018 年根研究区雷击火火情资料从根河防火办获取。

3 结果与分析

3.1 根河林区雷击火特征

根据2000—2018 年间各月份雷击火资料统计得出（图1），6~8 月的雷击火频数及过火面积明显高于其他月份，属于雷击火高发期，该时间段内雷击火频数占全年雷击火频数的79.03 %，过火面积占全年过火面积的92.96%。雷击火分布呈现双峰结构，峰值出现在6月和8月。6月份的雷击火频数为17次，占全年雷击火频数的27.41%；过火面积为991.59 hm2，占全年总过火面积的63.87 %。8 月份的雷击火频数为22 次，占全年雷击火频数的35.48%；过火面积为402.65 hm2，占全年总过火面积的25.94%。而7 月份的雷击火频数及过火面积远小于6月和8月，结合气象因素分析（图2），7月份的平均降水量与平均相对湿度明显高于6月和8月，表明降水增多抑制了雷击火的发生和发展。

图1 不同年月雷击火频数与过火面积

图2 气象因子与雷击火频数及过火面积关系图（标准化后）

3.2 雷击火特征与气象因素的影响分析

对雷击火特征和气象因子进行回归分析，结果表明（图3），对雷击火频数及过火面积影响最大的3个气象因子分别是月均气温、月均相对湿度和月均降水量。月均气温与雷击火频数呈极显著正相关，r=0.773，P＜0.01，得到关系式y=0.32x+3.43，R2=0.598；月均气温与过火面积呈显著正相关，r=0.513，P＜0.05，得到关系式y=8.42x+81.78，R2=0.263。月均相对湿度与雷击火频数呈显著负相关，r=-0.345，P＜0.05，得到关系式y=-0.26x+21.69，R2=0.119；月均相对湿度与过火面积呈负相关，r=-0.292，P＞0.05，得到关系式y=-8.69x+679.74，R2=0.263。月均降水量与雷击火频数呈显著负相关，r=-0.315，P＜0.05，得到关系式y=-0.43x+9.26，R2=0.099；月均降水量与过火面积呈显著负相关，r=-0.511，P＜0.05，得到关系式y=-23.21x+497.62，R2=0.261。

图3 雷击火特征与气象因子回归分析

4 讨论

雷击是大兴安岭林区的重要火源。研究区内雷击火多发于 6~8 月，其中 6 月和 8 月最多，7 月最少。这可能是因为7 月份降水量较多，导致雷击火频数明显少于6 月和8 月份。有学者研究表明，降雨量是雷击火发生最重要的限制因素，以4～7 mm降雨 量时单次云地闪引燃森林的概率为标准值，降雨量＜2 mm时引燃概率为标准值的2倍，且降雨量越小，引燃概率越高[17]。在正常气候条件下，雷击发生时常常伴随着有效降雨，令地表可燃物含水率增加，森林火险降低[18]。而干旱气候下，地表可燃物长期处于干燥状态，十分容易被落雷引燃蔓延成为森林火灾[6]。有研究表明，干旱会使干雷暴天气增多，进一步令森林火险上升，更易被雷击引发森林火灾[19]。干雷暴是一种形成于对流层的特殊气象过程，它能够在降雨量很少的情况下形成云地闪，降雨量一般＜2～2.5 mm，是引发雷击火的主要原因[20]。干雷暴只占所有雷暴的20%，但引发的过火面积能达到总过火面积的40 %[21]。由一次干雷暴引发的不同火点间的距离最远可达150 km[22]。北美地区是干雷暴高发区，夏季的干雷暴可在48 h内连续引燃数百个火点，正地闪在干雷暴中出现的频率极高，这说明干雷暴中闪电能量更大，引燃作用更强[23]。

研究区中，对雷击火特征影响最大的气象因素是降水、气温及平均湿度。气温越高，雷击火发生次数越多，过火面积越大；降水和平均湿度越高，雷击火发生次数越少，过火面积越小。雷击火受到多种因素的综合影响，除了气象因素外，地表可燃物干燥程度、落雷数量及雷击强度都是影响雷击火发生和发展的重要因子。有学者认为，大气环流影响导致干雷暴天气及可燃物的广泛分布使大兴安岭林区雷击火频繁发生。同时，全球变暖导致的气温升高、极端气候事件增多是导致近年来大兴安岭林区雷击火频繁的主要原因[24]。地理因素也是影响雷击火发生和蔓延的重要因子，雷击火多发于高纬度、高海拔的偏远林区，地形复杂，交通困难，不能够及时发现火点，也给扑火工作带来很多困难。扑火人员不能及时赶到火场，错过了扑灭最佳时机，往往由小火形成大火，造成惨重的损失[6]。有学者发现，落雷对于地形是有选择的，山地林区比草原多，沼泽地比沙土地多，密林中比采伐迹地多[25]。

森林可燃物是森林火灾发生的物质基础。因此，可燃物自身的尺寸大小、理化性质、结构特点和分布状况也是决定雷击火发生的重要因素[26-27]。其中最主要的是可燃物含水率，如果可燃物含水率大于临界含水率，雷击火几乎不可能发生[28]。有研究表明，雷击火主要发生在火险等级较高、闪电活动频繁、且无有效降雨的区域[19]。