小興安嶺森林火災發生規律及林火天氣等級模型的建立

賀敬，張庚輝，王國軍

（1.伊春市氣象局,黑龍江伊春 153000;2.黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱 150030）

小興安嶺森林火災發生規律及林火天氣等級模型的建立

賀敬1，張庚輝2，王國軍1

（1.伊春市氣象局,黑龍江伊春 153000;2.黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱 150030）

使用實際資料分析了1960～2009年伊春林火發生年代際變化特征,指出20世紀60、70年代森林火災次數頻發,進入21世紀后,特大森林火災次數增多。考慮到氣溫、降水、濕度和風的變化特征,構建了伊春林火天氣等級模型,并進行了25 a的林火天氣等級計算及分析。

森林火災;規律;林火天氣等級模型

1 引言

自本世紀以來,由于黑龍江省一直維持氣溫偏高,降水偏少,干旱頻發,高火險天氣等級出現的日數大大增加的特點,為林火的發生提供了良好的外部環境條件。大、小興安嶺、黑河森林特大火災不斷,防火形勢不容樂觀。為防止和減少森林火災的發生,首先要做好森林火災的預防工作。做好森林火險天氣等級預報工作,首先做好科學的劃分火險天氣等級指數;這方面的工作已有的單位和林火、氣象專家研究過[1-4]。但他們大多考慮影響林火發生的因子太多或太少;因子太多,操作起來麻煩,因子太少又不能更好全面反映林火發生的外部環境條件。本文用小興安嶺林火天氣等級模型進行了實際防火期的計算,效果很好。另外,本文還進行了森林火災形勢與小興安嶺森林火災發生規律的分析。所使用資料,來自黑龍江省防火辦和黑龍江省氣象臺。

2 森林火災形勢

我國平均每年發生森林火災1,43萬次,占世界火災次數的14%;其中大、小興安嶺平均每年發生森林火災30次,為我國森林火災高發區之一。1980～2006年黑龍江省林區共發生特大森林火災37次（按過火林地面積>3 4000km2）,特別是進入21世紀后,特大森林火災次數增多,黑龍江連續干旱，大、小興安嶺、黑河則森林大火不斷。2003年春季黑龍江省北部林區從3～6月林火不斷，共發生了232起，過火面積近80萬hm2。2005年秋季北部林區發生了42起森林火災，過火面積13萬余hm2，主要發生在9月27日～10月10日、10月23日～11月1日2個時段，這2個時段森林火災發生次數占總的86%，占總過火面積的99%。2006年5月下旬大興安嶺、黑河森林大火；特別是2007年全省春夏連旱，造成森林大火多發，如5月上旬大興安嶺森林大火；5月下旬大興安嶺、黑河大火；實屬罕見的盛夏8月（15～20日）黑河臥都河因干雷暴引起的森林大火；少見的秋季10月上旬伊春烏伊嶺大火。2009年春季嚴重干旱,4月27日至5月7日黑河,伊春發生森林大火;2010年大興安嶺,6月高溫少雨特別是進入下旬35℃高溫無雨持續多日,于28日由于雷擊造成呼中森林大火（6月28～7月2日）。

3 森林火災發生規律

森林火災的發生不外呼有兩種情況,一種是人為造成,機車噴火,隨地扔煙頭,燒荒;另一種是自然現象,雷擊火造成。以小興安嶺伊春為代表的春季林火次數的變化見圖1表1。

圖1 伊春市春季逐年森林火災次數

表1 伊春市年代際森林火災次數

20世紀60、70年代森林火災次數頻發，占50 a發生總次數的58%，尤其70年代火災次數達488次，遠高于多年平均（300次/10 a）188次。90年代發生次數最少，僅有93次，占50年發生總次數的6%；本世紀的10 a中森林火災大有上升趨勢，達225次，占50 a發生總次數的15%；，而且火災面積大，持續時間長，損失之慘重都是空前的,前面已說不在贅述。未來隨著全球氣候變暖這個大環境背景下，森林火災仍然是多發趨勢，防火形勢將更加嚴峻。

4 森林火險天氣等級模型的建立

4.1 模型建立的原理

外部環境條件包括大氣中的氣溫、空氣濕度、風速、風向、降水量、云量及日照時數，因為上述的要素，直接或間接影響著森林內的枯枝、落葉、枯立木、采伐殘物及林緣雜草等的干旱程度。它們的干旱程度直接影響著火速度和蔓延。其中氣溫因子,溫度直接影響燃料的著火性，燃料達到發火點所需要的熱量，依賴于燃料及周圍空氣的初始溫度。另外溫度越高,輻射熱和熱傳導越強,蔓延越快。空氣濕度,是林火發生的制約因子。空氣濕度越大可燃物越不易燃燒,濕度越小可燃物著火越易燃燒,速度也快,林火發生次數與濕度變化遵從負指數增長。風速對火災的影響,近地面的風受到起伏地形和局地增熱冷卻的影響。風對火災的影響是多方面的，它加速樹木燃燒的干化，為燃著的木頭助燃。把熱量和余燼帶到新的燃料上，使火災擴散。風速越大，火災擴散的面積就越大。因此考慮上述氣象因子,制定森林火險天氣等級指數。

4.2 模型的建立

（1）計算各項指數

模型考慮的各項因子為當天14:00氣溫T14、相對濕度H14、風速F14及當天降水量R,先對4個因子單獨計算火險指數如下表2。

表2 火險級別及指數

計算方法為：把各因子邊界值代入f（x）=（1+aebx）-1，確定a、b值，根據當日T14、H14、F14、R取值范圍代入對應的f（x）=（1+ aebx）-1中確定指數值。然后計算林火綜合指數即為森林火險天氣等級模型：

對于因子值不屬于上表范圍內的，規定如下：

如果T14<2，則f（T14）=0；如果T14>30，則f（T14）=100。

如果H14>90，則f（H14）=0；如果H14<2，則f（H14）=100。

如果f14<0.4，則f（F14）=0；如果F14>17.2，則f（F14）=100。

如果R<0.3，則f（R）=60、如果R>10，則f（R）=0。

（2）修正

①降水訂正：考慮前3 d降水，當日降水計算式為R=R0+R-1/e+R-2/e2+R-3/（1.5×e3）

R0為當日降水，R-1為前1 d降水，R-2為前第2 d降水，R-3為前第3 d降水。

當前3 d每天降水均少于0.3 mm時，f（R）值加30；當前2 d每天降水均少于0.3 mm，前第3 d降水均多于0.3 mm時，f（R）值加20；當前1 d降水少于0.3 mm，前第2 d降水多于0.3 mm時，f（R）值加10。

②齊齊哈爾、大慶、哈爾濱、牡丹江地區，5月如果WI范圍屬于3、4級，則WI值減5，WI屬于5級則減10；6月如果WI值范圍大于等于3級，則減10。其它地區，6月如果WI值屬于3、4級，則減5；WI值屬于5級，則減10。

③如果T14<-5.0℃，火險等級降兩級；-5.0℃≤T14≤5.0℃，火險等級降一級，直至火險等級為1級。

根據上面林火指數模型,我們算出伊春1981～2005年共25 a春防期（3月1日至6月30日）火險指數。將各月逐日計算的火險指數轉成火險等級，并計算逐月≥4級火險次數，最后統計25 a中逐年春防期≥4級火險次數，結果見圖2。1987年至1993年春防期高火險次數較歷年偏多（歷年值32次）,而后1994年至2000年高火險次數處在較少期,2001年至2005年處在高火險次數,多、少波動期。這與圖1中1981～2005年林火發生次數變化趨勢基本一致,春防期≥4級火險天氣次數與林火發生次數之間相關系數達0.50,通過0.01信度檢驗。因此在春防期一旦出現高火險天氣,就有很大可能發生森林火災。

圖2 1981～2005 a逐年春防期≥4級火險天氣次數

5 小結

通過1960～2009年實際林火監測資料與1981～2005年≥4級逐年火險天氣次數分析表明,進入21世紀后隨著全球氣候變暖這個大環境背景下，高火險天氣形勢和森林火災仍然是多發趨勢，防火形勢將更加嚴峻,因此高度注意森林火災的發生。本文還結合了林火發生的外部環境因子,研制了林火天氣等級模型,對于森林火災的發生與蔓延的預報有很大意義。

[1]傅澤強,陳動,王玉彬.大興安嶺森林火災與氣象條件的相互關系［J］.東北林業大學學報,2001,29（1）:12～15.

[2]傅澤強,戴爾阜.大興安嶺森林火險季節動態特征及其氣候條件分析［J］.自然災害學報，2001,10（4）:113～116.

[3]中華人民共和國林業行業標準LYT 1172-95全國森林火險天氣等級［S］.1995.

[4]張尚印,祝昌漢,高歌,等.森林火災天氣等級確定及監測預報方法[J].氣象科技,2001,（2）:45～48.

S762

B

1002－252X（2011）02－0021－02

2011－3－6

賀敬（1973-），女，黑龍江省五常市人，齊齊哈爾大學，本科生，工程師.