绵阳市森林草原火险气象等级预报研究与软件开发

孙自川，张青艳,邹凤亮

1.四川省平武县气象局；2.绵阳市气象局；3.四川省绵阳市农业科学研究院

四川省绵阳市安县雎水镇到江油马角坝镇一线以北属龙门山山地区；东南部盐亭县、梓潼县属盆北低山区；西南三台县、涪城区、游仙区等属盆中丘陵区，森林资源丰富，2020年森林资源覆盖率达到55.8%。根据2013-2021年中国统计年鉴，近几年森林火灾频发（表1），不仅造成了经济损失，还有人员伤亡[1]；森林火灾与气象条件密切相关，因此正确预报森林火灾发生概率对绵阳市减少森林火灾和保护森林资源具有现实意义。

表1 2013-2020年中国森林火灾情况

国外从20世纪20年代仅以单一气象要素对森林火险气象等级进行预报[2]，到20世纪80年代综合考虑多种气象要素，利用计算机制作森林火险气象等级预报[3]，为我国1998年研制国家森林火险气象指数提供了理论支持。[4]根据知网统计信息，随着国家对森林火灾的重视，进入21世纪开始与森林火灾气象相关的研究明显增加。近几年各省根据本地气候研发森林火险等级预报较多[5-8]，但利用分辨率高的精细化预报资料进行市级森林火险气象预报研究较少。因此本文采用《GB/T 367-2018》森林火险气象指数计算方法，结合绵阳市当地气候特点，研发森林火险等级预报程序并开展业务化运行。

一、资料与方法

（一）资料来源

绵阳市预报和实况资料、中国地面累年日值数据表(1981-2010)来源于气象大数据云平台*天擎，包括实况和预报产品的最小相对湿度、日降水量、日最高温度、日最大10m UV风；中国地面累年日值数据表(1981-2010)。

绵阳市的空间矢量数据集采用1:25万中国空间矢量数据集，数据来源于中国四川省信息中心。

（二）研究方法

1.气候数据准备

（1）有无降水判断

判断有无降水时，根据本地气候特征，对不同季节进行了相应的调整，由于降水量数据是取小数点后一位，用预报格点日降水值与实际格点日降水值比较，取0.1作为基本单位进行比较（比如预报格点有一万个，取值0.1分割有无降水，得到一个检验值，然后取0.2分割有无降水，再得到一个检验值，依次类推，如果0.2的检验值最高，那么就采用0.2进行分割）。

比较每天的0.1mm、0.2mm、0.3mm的检验值，根据上述检验结果，确定判断当日有无降水的最小单位分别为：12月-2月＜0.1mm，3-4月和11月＜0.2mm，其余时段＜0.3mm，由此判定当日有无降水。

（2）有无降水日数判断

根据《气象干旱等级》（GB/T 20481-2017）,首先从气象数据统一服务接口-地面数据-中国地面累年日值数据表(1981-2010)下载绵阳市各县逐日温度和降水资料，采用Thornthwaite方法计算潜在蒸散量，带入相对湿润度指数计算公式，按照气象干旱综合指数计算方法求得绵阳市各县逐日气象干旱综合指数（MCI），为森林火险气象指数中f(M)的判断提供依据。

MCI=Ka×（a×SPIW60+b×MI 30+C×SPI90+d×SPI150）

式中：MI30-近30天相对湿润度指数；SPI90-近90天标准化降水指数；SPI150-近150天标准化降水指数；SPIW60-近60天标准化权重降水指数；a-SPIW60的权重系数；b-MI30的权重系数；c-SPI90的权重系数；d-SPI150的权重系数；Ka-为季节调节系数，取值方法参见附录H；

根据历年资料求得的绵阳市大部分时间气象干旱综合指数MCI＞-0.5，因此确定绵阳市为气候特征为无旱。

2.数据处理

（1）气象要素计算

依据日最小相对湿度、日最高气温计算过去18天实况数据和未来2天预报数据的平均值；因为气温格点数据是华氏摄氏度，要将各个格点减去273.15，得到摄氏温度。

连续无降水日数是对24小时累计降水量的过去18天实况数据和未来2天预报数据逐日判断（例如4月19日预报4月20日，那么就要从4月20日开始，往前计算19天，含4月20日，总共就是20天，得到从4月20日开始的逆序的连续无降水日数，有降水就结束计算）。

采用过去18天日最大10m UV风实况资料，再加上未来2天WIU10、WIV10分量求得（v=√（WIU102+WIV102））的预报风速值，两者求平均，最后得到V。

（2）森林火险气象指数计算

将各气象要素计算值带入国家标准《森林火险气象等级》（GB/T 36743-2018）中的各气象要素查对表，得到各气象要素函数值，然后根据森林火险气象指数（FFDI）计算公式，得出森林火险气象指数值。

FFDI=(f(V)+f(T)+f(rRH)+f(M))×Cr×Cs

式中：

Cr-降水量修正系数；Cs-降雪修正系数；f(V)- 日最大风速函数值；f(T)-日最高气温函数值；f(rRH)-日最小相对湿度函数值；f(M)-连续无降水日数函数值。气象因子及其函数值详见表2。

表2 气象因子及其函数查对表

根据《森林火险气象等级》（GB/T 36743-2018），将森林火险气象等级分为5个等级；规定FFDI相对应的预报服务用语见表3。

表3 森林火险气象等级划分描述

3.制图

最后，根据《气象预报服务产品色标标准》（QX/T 180-2013），确定不同森林火险等级色标，采用中国四川省信息中心的1:25万中国空间矢量数据集，提取绵阳市的空间矢量数据集，再结合计算得到的森林火险气象指数格点值，绘制出绵阳市森林火险气象等级图。

二、成果

每天11时10分自动提取本地预报和实况格点数据库中， 当天11时自动下载的无降水日数、日最小相对湿度、日最高气温、日最大风速数据库，采用《森林火险气象等级》（GB/T 36743-2018）得出绵阳市森林火险气象指数预报格点图（图1）。并上传到数据展示库。

图1 绵阳市森林火险气象指数预报图

三、结论

（一）结论

每天制作未来24h绵阳市各区县森林火险气象指数预报图，在半年的运行中，未出现任何问题，创新性的利用精细化预报和实况格点资料；实现了森林火险预报从主观预报到客观预报的突破；每天客观的森林火险气象等级预报图，让预报员能够直观地看到绵阳市各个区县各个位置的森林火险气象等级，为森林火险预报提供更加精细化的服务。

（二）讨论

与前人研究相比[9-10]，本研究采用18天实况和2天预报的日最大风速、日最高气温、日最小相对湿度代替14时的风速、气温、相对湿度，一方面，森林火灾多发生在一日内气温偏高、湿度偏小、风速较大的时段，因此本研究采用上述气象因子；另一方面，长期的气温偏高或者空气干燥，森林物质才易引起自燃，从而导致火灾发生，因此利用18天的实况和2天预报的上述气候因子进行预报。