黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

閆敏慧，梅其珍，徐 月

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150030）

黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

閆敏慧1，2，梅其珍2，徐 月2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150030）

在分析黑龍江省各地森林火災(zāi)發(fā)生特點(diǎn)及規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用10余種與可燃物干燥度、火蔓延、阻燃等有密切關(guān)系的氣象因子，確定黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)；通過程序設(shè)計(jì)，建立黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型，建成森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)輸出預(yù)報(bào)結(jié)果，在實(shí)際業(yè)務(wù)中取得良好的應(yīng)用效果。

森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)；多因子綜合；預(yù)報(bào)指標(biāo)；業(yè)務(wù)系統(tǒng)

1 引言

黑龍江省森林覆蓋面積大，森林火災(zāi)頻發(fā)。1987年5月6日，大興安嶺的漠河、塔河等地發(fā)生特大森林火災(zāi)，持續(xù)時(shí)間將近1個(gè)月，過火面積達(dá)1.01×106hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5億多元。在森林防火氣象服務(wù)任務(wù)日益加重的背景下，確定科學(xué)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，建立黑龍江省森林火險(xiǎn)專項(xiàng)預(yù)報(bào)方法和完成實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

2 黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)方法

2.1 森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)采用5級(jí)制，從1級(jí)至5級(jí)表示火險(xiǎn)等級(jí)依次升高。其中1級(jí)為特低火險(xiǎn)；2級(jí)為偏低火險(xiǎn)；3級(jí)為中火險(xiǎn)；4級(jí)為偏高火險(xiǎn)；5級(jí)為特高火險(xiǎn)。

2.2 氣象要素對(duì)可燃物含水量的累積性作用

可燃物的含水量不僅在降水當(dāng)時(shí)增加，而且可燃物含水量還有一個(gè)漸進(jìn)的增加或減少過程，這一漸進(jìn)過程不僅表現(xiàn)在可燃物對(duì)降水直接帶來的水分的吸收或散發(fā)，也表現(xiàn)在對(duì)環(huán)境如空氣、地表提供的水分的吸收。主要由降水帶來的可燃物含水量的變化與降水量及降水日期的遠(yuǎn)近均有關(guān)，風(fēng)速、相對(duì)濕度、氣溫等對(duì)水分的吸收或散發(fā)均有一定影響，因此，降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度、氣溫等因子不僅在當(dāng)時(shí)起作用，而且具有持續(xù)的影響，隨著時(shí)間的延長累積影響減小。氣象要素的累積貢獻(xiàn)就是氣象要素連續(xù)變化導(dǎo)致可燃物含水量的變化。比如降水量，在前期極易發(fā)生森林火災(zāi)情形下，某地某日30 mm的降水量在未來6 d以內(nèi)足以使可燃物處在不可燃狀態(tài)，在未來21 d這個(gè)降水對(duì)可燃物含水量仍然有影響，只是影響程度隨時(shí)間增加而減??；某地某日6 mm的降水量在未來第5 d可能使可燃物處在易燃或可燃狀態(tài)。如果有一段時(shí)間持續(xù)多雨（雪），那么，即使其后15 d連續(xù)無雨，前面的多雨也還是有貢獻(xiàn)的，可燃物不一定干燥，火險(xiǎn)氣象等級(jí)也不一定高；如果前期的雨（雪）多到一定程度，則火險(xiǎn)氣象等級(jí)是低的。一般地，夏季降水量較多，由于降水對(duì)可燃物含水量的累積性作用致使初秋森林發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)程度低。而如果夏季降水量特別少，則由于持續(xù)干旱而導(dǎo)致可燃物含水量低，易發(fā)生森林火災(zāi)。

指標(biāo)主要采用分時(shí)段累積降水量及風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度描述氣象要素對(duì)可燃物含水量的貢獻(xiàn)，進(jìn)而得出森林可燃特性。

2.3 火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)公式及多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)指標(biāo)

2.3.1 火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)公式

根據(jù)多年的森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

火險(xiǎn)氣象預(yù)報(bào)等級(jí)=初步預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級(jí)+預(yù)報(bào)日風(fēng)力貢獻(xiàn)

其中，初步預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級(jí)=基礎(chǔ)火險(xiǎn)氣象等級(jí)+可燃物量貢獻(xiàn)+（其他多因子貢獻(xiàn)）*植被類型訂正系數(shù)。即假定某地某一天存在一個(gè)基礎(chǔ)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)，將基礎(chǔ)火險(xiǎn)氣象等級(jí)與所有影響因子的貢獻(xiàn)度相加就得到該地當(dāng)天的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)。

2.3.2 多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)指標(biāo)

在分析各地森林火災(zāi)發(fā)生特點(diǎn)及規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用10余種與可燃物干燥度、火蔓延、阻燃等有密切關(guān)系的氣象因子，確定黑龍江省多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)。在指標(biāo)設(shè)計(jì)中采用了一些處理，如：由于不能實(shí)時(shí)獲得當(dāng)日積雪深度，因此使用上旬最大積雪深度；在森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)計(jì)算公式中設(shè)置了降水量的上限，降水距平百分率小于0時(shí)乘以2倍，降水距平百分率界定在[-200%，200%]；日合計(jì)降雪量數(shù)值乘以2倍，日合計(jì)降雨夾雪量數(shù)值乘以1.4倍。

根據(jù)多年森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律、氣候規(guī)律和森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)將黑龍江省分成北部、中部、南部，分別設(shè)計(jì)黑龍江省每個(gè)縣的逐日基礎(chǔ)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)序列。其它相關(guān)的因子及確定如下：

（1）可燃物量因子

該因子包括森林植被、火災(zāi)影響和去年生長量。對(duì)于非林區(qū)森林植被值取-0.7；草場、少林區(qū)取-0.4，若發(fā)生過火災(zāi)取-0.6。前三個(gè)防火季火災(zāi)狀況因子取值見表1。

表1 前三個(gè)防火季火災(zāi)狀況因子取值表

去年生長量貢獻(xiàn)因子由估算公式得到，公式中主要涉及的氣象要素有去年6、7、8月的溫度距

平和降水量距平百分率，具體的估算公式為：

（1.2+0.3△T6）×0.02（△R6+3）+(1.2+0.2△T7)×0.02（△R7+3）+(1.0+0.2△T8)×0.02（△R8+3）-0.1

上式中△R（其后所跟數(shù)值代表相應(yīng)月份）：降水距平百分率，△T（其后所跟數(shù)值代表相應(yīng)月份）：平均氣溫距平。

（2）秋封地和秋季降水影響因子

該因子的估算公式根據(jù)黑龍江省南北溫度差所造成的重點(diǎn)防火時(shí)段不同，分別建立了3月到5月中旬期間大興安嶺和黑河北部、3月到5月上旬期間黑河南部、伊春、鶴崗以及3月到4月下旬期間其它地區(qū)的估算公式，其中大興安嶺和黑河北部主要采用的氣象要素是8月、9月和10月的降水量距平百分率；而后兩個(gè)估算公式除以上要素外還考慮了11月的降水距平百分率，公式的系數(shù)均有所區(qū)別（估算公式略）。

（3）積雪貢獻(xiàn)影響因子

該因子的估算公式中中南部地區(qū)主要采用到2月下旬、3月上、中、下旬、4月上、中、下旬的最大積雪深度，而大興安嶺、黑河則采用了5月上旬、9月下旬、10月上、中、下旬以及11月上、中旬的最大積雪深度，具體的估算公式略。

（4）返青貢獻(xiàn)影響因子

春季連續(xù) 3 d平均氣溫大于等于11℃之后取-0.1，以后每天-0.06最大-0.9至夏初（6月30日）。

（5）秋霜凍獻(xiàn)影響因子

秋霜 Tm<1℃后 4 d+0.1；Tm<0℃后 4 d+0.2；Tm<-1℃后4 d+0.3；并且每天增0.08。最大值為1.3（北部8月25日、南部9月4日以后計(jì)算）。

（6）當(dāng)日、前3日、前1到10日、前 11到 30日、前 3個(gè)月氣象要素影響值

其中當(dāng)日氣象要素貢獻(xiàn)估算公式如下：

百合在培養(yǎng)過程中部分材料會(huì)呈半透明狀，組織結(jié)構(gòu)發(fā)育畸形，稱為玻璃化，又稱“過度水化”。玻璃化苗是導(dǎo)致組培苗繁殖效率低的最常見的原因。由于其生理功能不健全，分化能力低，繼代和移栽多難成活。百合試管苗在不適宜的培養(yǎng)基中玻璃化比例最高可達(dá)82.4%，明顯影響生產(chǎn)效率［10］。

0.9 [0.01T+0.06(F-1)-0.13R-+0.006 A(52-U)] R<20，

U<21% <27% <33%<38% >70%>76% >82%

A 1.6 1.4 1.2 1.1 1.1 1.2 1.3

上式中T：日平均氣溫，F(xiàn)：平均風(fēng)力級(jí)，U：相對(duì)濕度，R：日降水量，A：放大系數(shù)。其它時(shí)間的氣象要素貢獻(xiàn)估算公式的形式此上式相似，主要是具體系數(shù)有所區(qū)別，公式略。

（7）火點(diǎn)貢獻(xiàn)因子

本市縣及其周邊（非純農(nóng)區(qū)）有2個(gè)火場加0.4級(jí)，有1個(gè)火場加0.2級(jí)。有一處孤立火點(diǎn)加0.05級(jí)，每增加一處加0.05級(jí)，最大為0.4級(jí)。

（8）植被類型訂正系數(shù)

林區(qū)的多種因子貢獻(xiàn)數(shù)值按100%取值，非林區(qū)的多種因子貢獻(xiàn)數(shù)值按85%取值，其它按93%取值。

（9）預(yù)報(bào)日風(fēng)力貢獻(xiàn)估算：（初步預(yù)報(bào)火險(xiǎn)氣象等級(jí)-1）*0.06（F-0.5）

F為預(yù)報(bào)日平均風(fēng)力級(jí)數(shù)。

以上各因子對(duì)火險(xiǎn)等級(jí)的貢獻(xiàn)估算值確定以后，即可得到預(yù)報(bào)日的森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，我們進(jìn)行了業(yè)務(wù)自動(dòng)化建設(shè)，建成黑龍江省森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)從2007年春季開始，每日15:00運(yùn)行。預(yù)報(bào)員可以根據(jù)獲得的多種信息做訂正，最后得到最終預(yù)報(bào)。

3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 預(yù)報(bào)模型功能設(shè)計(jì)

預(yù)報(bào)模型是在前期多因子林火預(yù)報(bào)等級(jí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)林火發(fā)生原理，結(jié)合黑龍江省季節(jié)特點(diǎn)，應(yīng)用綜合處理、分析氣象災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)獲取的氣象數(shù)據(jù)，修改完善多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型（見圖1）。

圖1 多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型功能圖

3.2 流程設(shè)計(jì)

多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型綜合考慮火災(zāi)發(fā)生地植被情況、前一年溫度和降水對(duì)植被、土壤的影響、前期天氣狀況及預(yù)報(bào)日的天氣形勢(shì)四個(gè)方面對(duì)火險(xiǎn)等級(jí)的影響。每個(gè)大的方面都涉及一些具體的火險(xiǎn)因子。

該模型共包括14個(gè)火險(xiǎn)因子，即植被分布和防火季前期火災(zāi)狀況，前一年夏季降水和氣溫，前一年秋封地和秋季降水，旬積雪深度，春季植被返青，秋霜，前3個(gè)月氣溫和降水，前11～30 d氣溫、降水、風(fēng)力等級(jí)、濕度，前1～10 d氣溫、降水、風(fēng)力等級(jí)、濕度，前3 d氣溫、降水、風(fēng)力等級(jí)、濕度，預(yù)報(bào)日氣溫、濕度和降水總量，火點(diǎn)因子、預(yù)報(bào)日風(fēng)力調(diào)整等。通過對(duì)這14個(gè)火險(xiǎn)因子的加權(quán)分析得到多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)(見圖2)。

圖2 多因子綜合森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型流程圖

4 小結(jié)

森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件每日15：00運(yùn)行。通過讀取實(shí)況氣象要素資料和國家氣象中心T213數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品自動(dòng)輸出全省各縣的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)。預(yù)報(bào)員可以根據(jù)獲得的多種信息做出訂正預(yù)報(bào)。業(yè)務(wù)運(yùn)行結(jié)果表明，森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)與火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)程度基本一致。春季，當(dāng)大小興安嶺林區(qū)森林火險(xiǎn)等級(jí)上升到3級(jí)以上，之后5日內(nèi)若有升溫大風(fēng)且無降水，則可能發(fā)生重大森林火災(zāi)。

[1]傅澤強(qiáng),陳動(dòng),王玉彬.大興安嶺森林火災(zāi)與氣象條件的相互關(guān)系.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)[J],2001,29

[2]傅澤強(qiáng),戴爾阜.大興安嶺森林火險(xiǎn)季節(jié)動(dòng)態(tài)特征及其氣候條件分析.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)[J],2001,10

[3]中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) LY/T 1172-95全國森林火險(xiǎn)天氣等級(jí).1995

S762.2

A

1002-252X(2010)03-0018-03

2010-6-6

閆敏慧(1973-)，女，黑龍江省呼蘭縣人,成都信息工程學(xué)院畢業(yè)，理學(xué)學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師.