森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）技術(shù)研究

胡繼華 高都路 張宗群

甘孜州氣象局 626000

1 概述

森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）技術(shù)，作為森林防火的首要基礎(chǔ)科學(xué)手段，對(duì)有效預(yù)防和撲救森林火災(zāi)，避免或減少災(zāi)害損失，保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境有著極為重要的作用。

2 主要技術(shù)方法

一是通過(guò)對(duì)影響森林防火主要?dú)庀笠氐姆治觯_定了等級(jí)預(yù)報(bào)因子；二是通過(guò)危害程度個(gè)例分析，確定了危險(xiǎn)等級(jí)及其釋義；三是研究分析了主要因子與危險(xiǎn)等級(jí)的相關(guān)關(guān)系，制定等級(jí)（指數(shù)）標(biāo)準(zhǔn)，即建立因子與等級(jí)關(guān)系模型；四是通過(guò)上述研究結(jié)論建立了森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）模型（即方法）；五是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立森林防火危險(xiǎn)等級(jí)綜合資料自動(dòng)處理、顯示、預(yù)報(bào)（警）系統(tǒng)；六是利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將森林防火危險(xiǎn)等級(jí)綜合預(yù)報(bào)（警）結(jié)論及對(duì)策建議分發(fā)到各決策部門、用戶終端開(kāi)展應(yīng)用服務(wù)或者由政府授權(quán)的有關(guān)部門發(fā)布相應(yīng)指令。

3 森林防火危險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)（警）因子

因子選擇，是森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）技術(shù)的核心。本技術(shù)方法參與因子確定的原則是，以《川西高原森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)》（DB51/T856-2008）標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮：（1）與森林火災(zāi)的形成、發(fā)生、蔓延有密切關(guān)系。（2）所選擇的因子物理意義清楚，且可以量化。(3)因子必須能夠代表林區(qū)自然狀況。（4）所選擇的因子要素值，在森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）技術(shù)平臺(tái)運(yùn)行中，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)、傳輸、獲取。依據(jù)四條原則，對(duì)九龍、雅江、康定三縣1990年至2011年發(fā)生的74起（次）各類森林火災(zāi)（過(guò)火面積≥0.1公頃）個(gè)例進(jìn)行反復(fù)分析篩選，最終選取了最高氣溫、降水量、風(fēng)速、相對(duì)濕度、最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)等物理意義清晰且易于獲取的氣象因子作為林火氣象因子。

4 森林防火危險(xiǎn)氣象等級(jí)劃分和預(yù)警信號(hào)

通過(guò)對(duì)1990年至2011年九龍、雅江、康定三縣發(fā)生的74起（次）各類森火災(zāi)（過(guò)火面積≥0.1公頃）個(gè)例分析，并按照森林火險(xiǎn)氣象條件、林內(nèi)可燃物易燃程度及森林著火、蔓延成災(zāi)的危險(xiǎn)程度，統(tǒng)一將森林防火危險(xiǎn)等級(jí)分為五級(jí)，二至四級(jí)發(fā)布預(yù)警信號(hào)，分別用藍(lán)色、黃色、橙色、紅色標(biāo)識(shí)。為沿用各級(jí)政府及相關(guān)部門森林防火危險(xiǎn)等級(jí)多年習(xí)慣，將森林防火危險(xiǎn)等級(jí)各級(jí)含義定義為：一級(jí)不危險(xiǎn)，只發(fā)布等級(jí)預(yù)報(bào)；二級(jí)低度危險(xiǎn)，發(fā)布藍(lán)色預(yù)警信號(hào)；三級(jí)中度危險(xiǎn)，發(fā)布黃色預(yù)警信號(hào)；四級(jí)高度危險(xiǎn)，發(fā)布橙色預(yù)警信號(hào)；五級(jí)極度危險(xiǎn)，發(fā)布紅色預(yù)警信號(hào)。

5 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)（指數(shù)）預(yù)報(bào)（警）模型

5.1 森林著火天氣等級(jí)預(yù)報(bào)模型

通過(guò)對(duì)甘孜州主要林區(qū)相關(guān)林火氣象因子的統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合林業(yè)、氣象部門多年的森林防火經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際，最高氣溫和相對(duì)濕度是森林著火的主要?dú)庀笠蛩兀鸬碾y易程度一般與前3～5天內(nèi)這些要素的變化有較密切的相關(guān)關(guān)系，在森林防火風(fēng)險(xiǎn)期，當(dāng)最高氣溫在多年平均值以上，最小相對(duì)濕度在多年平均值以下劇變時(shí)，森林最容易著火。為濾掉最高氣溫受海拔高度變化的影響以及短時(shí)偶然因素導(dǎo)致最高氣溫變化的影響，我們選取了最高氣溫距平值作為主要森林著火氣象因子之一，通過(guò)對(duì)森林高火險(xiǎn)期個(gè)例的普查和統(tǒng)計(jì)，最小相對(duì)濕度能較好地代表空氣、植被、可燃物干燥程度。根據(jù)多年防火經(jīng)驗(yàn)，上述兩因子對(duì)森林著火氣象等級(jí)的貢獻(xiàn)率基本相同，為此我們將兩因子的權(quán)重系數(shù)均取值1。通過(guò)對(duì)主要林區(qū)的最高氣溫距平平均值和最小相對(duì)濕度的統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及對(duì)高火險(xiǎn)期個(gè)例分析得到森林著火等級(jí)對(duì)應(yīng)的氣象因子值（表1）。

表1 森林著火等級(jí)對(duì)應(yīng)的氣象因子值

最高氣溫距平（△T）計(jì)算公式：

式中：

Tmax─最高氣溫；

max─最高氣溫平均值。

森林著火氣象等級(jí)計(jì)算：

通過(guò)公式（2）計(jì)算得到ZY指數(shù)（四舍五入取整數(shù)）,利用ZY指數(shù)按表4查算得到森林著火天氣等級(jí)（Z）。

式中：

PT─最高氣溫距平（△T℃）對(duì)應(yīng)的著火指數(shù)，通過(guò)表2查算而得；

PU─最小相對(duì)濕度（Umin%）對(duì)應(yīng)的著火指數(shù)，通過(guò)表3查算而得。

表2 PT著火指數(shù)

表3 PU著火指數(shù)

表4 森林著火天氣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

5.2 林火蔓延天氣等級(jí)預(yù)報(bào)模型

我們選取了預(yù)報(bào)日14時(shí)定時(shí)觀測(cè)風(fēng)速及預(yù)報(bào)日前30天14時(shí)平均氣溫、總降水量、最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)、平均相對(duì)濕度作為林火蔓延因子，考慮各林火因子對(duì)林火蔓延的貢獻(xiàn)不同，我們對(duì)各林火因子給出了不同的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（見(jiàn)表5）。通過(guò)對(duì)主要林區(qū)縣上述林火蔓延氣象因子的統(tǒng)計(jì)分析，得出了林火蔓延天氣等級(jí)對(duì)應(yīng)的氣象因子值（見(jiàn)表5），通過(guò)公式3計(jì)算出林火蔓延天氣等級(jí)閾值，再根據(jù)計(jì)算出的林火蔓延天氣等級(jí)閾值，對(duì)高火險(xiǎn)天氣時(shí)段進(jìn)行擬合，并結(jié)合多年來(lái)森林防火經(jīng)驗(yàn)，劃分林火蔓延天氣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表6）。

表5 林火蔓延氣象等級(jí)對(duì)應(yīng)的氣象因子值

式中：X1為預(yù)報(bào)日14時(shí)定時(shí)觀測(cè)風(fēng)速；X2為預(yù)報(bào)日前30天14時(shí)平均氣溫；X3為預(yù)報(bào)日前30天總降水量；X4為預(yù)報(bào)日前30天內(nèi)最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)；X5為預(yù)報(bào)日前30天日平均相對(duì)濕度。

表6 林火蔓延天氣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

5.3 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)模型

根據(jù)多年來(lái)森林防火經(jīng)驗(yàn)，分別給出了著火和蔓延兩大危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)森林防火危險(xiǎn)等級(jí)的權(quán)重系數(shù)，從而得出計(jì)算森林防火危險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式（4）。

通過(guò)公式（4）計(jì)算得到森林防火危險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)WX （四舍五入取整數(shù)），利用WX指數(shù)按表5-7查算得到森林防火危險(xiǎn)等級(jí)DJ。

式中：Z為森林著火天氣等級(jí)；M林火蔓延天氣等級(jí)。

表7 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

6 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)以森林防火危險(xiǎn)氣象等級(jí)（指數(shù)）預(yù)報(bào)（警）模型為基礎(chǔ)，用林火氣象因子值通過(guò)公式（2）、（3）分別計(jì)算著火、蔓延天氣等級(jí)，用公式（4）計(jì)算森林防火危險(xiǎn)等級(jí)，并自動(dòng)生成森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）服務(wù)產(chǎn)品（文本、圖形文件）。平臺(tái)兼顧了介面清晰、操作簡(jiǎn)單、功能齊全的原則，集系統(tǒng)設(shè)置管理、數(shù)據(jù)收集計(jì)算、火險(xiǎn)等級(jí)顯示、計(jì)算數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)幫助信息等主要功能為一體。該系統(tǒng)使用VB6開(kāi)發(fā)、集成，應(yīng)有Office2003以上系統(tǒng)環(huán)境及Surfer10(32-bit)和VB6支持（圖1）。

圖1

6.1 系統(tǒng)平臺(tái)主要功能

6.1.1 系統(tǒng)設(shè)置

主要對(duì)系統(tǒng)主要路徑、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、文件存放路徑和管理進(jìn)行設(shè)置，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

6.1.2 數(shù)據(jù)收集計(jì)算

主要是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和訂正，并通過(guò)公式自動(dòng)計(jì)算火險(xiǎn)等級(jí)，同時(shí)兼顧經(jīng)驗(yàn)訂正。

6.1.3 火險(xiǎn)等級(jí)顯示

主要是對(duì)火險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行圖形化顯示和等級(jí)區(qū)顯示，以及高火險(xiǎn)等級(jí)提示，并同時(shí)保存相關(guān)圖形文件。

6.1.4 計(jì)算數(shù)據(jù)查詢

主要是對(duì)林火因子的歷史資料、實(shí)況資料、分析資料、計(jì)算資料和圖片的瀏覽及查詢。

6.1.5 系統(tǒng)幫助信息

主要包括內(nèi)容簡(jiǎn)介、使用方法、系統(tǒng)幫助、技術(shù)支持和關(guān)于系統(tǒng)等內(nèi)容。

6.2 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）制作

6.2.1 收集基本數(shù)據(jù)資料

將預(yù)報(bào)（警）監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的前一日平均氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度和當(dāng)日最高氣溫、14時(shí)風(fēng)速及最小相對(duì)濕度等基本資料進(jìn)行收集和準(zhǔn)備，并存放在相關(guān)文件中。

6.2.2 校對(duì)基本數(shù)據(jù)資料

對(duì)基本數(shù)據(jù)及實(shí)況資料進(jìn)行校對(duì)、訂正，確保資料不為空或錯(cuò)誤，同時(shí)保存基本數(shù)據(jù)資料（圖2）。

6.2.3 分析資料檢查與校驗(yàn)

分析資料檢查與校驗(yàn)是對(duì)分析數(shù)據(jù)資料進(jìn)行核對(duì)、訂正，同時(shí)保存分析數(shù)據(jù)資料（圖3）。

圖2

圖3

6.2.4 防火危險(xiǎn)等級(jí)分析計(jì)算

依據(jù)分析資料和計(jì)算公式自動(dòng)計(jì)算防火危險(xiǎn)等級(jí)，并保存資料（主要針對(duì)預(yù)報(bào)站點(diǎn)的火險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分析、計(jì)算和保存）。

6.2.5 訂正森林防火危險(xiǎn)等級(jí)

根據(jù)各相關(guān)林火因子值、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品解釋及經(jīng)驗(yàn)對(duì)森林防火危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分析、訂正（主要對(duì)計(jì)算出的預(yù)報(bào)區(qū)域站點(diǎn)等級(jí)進(jìn)行分析、訂正，排除等級(jí)極端值和錯(cuò)誤值、超邊界值等）（圖4）。

圖4

6.2.6 形成森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)論

形成各預(yù)報(bào)區(qū)域站點(diǎn)的森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)論數(shù)據(jù)庫(kù)。

6.3 森林防火危險(xiǎn)等級(jí)顯示

6.3.1 文本格式數(shù)據(jù)顯示

在文本數(shù)據(jù)目錄D:ForestdatashowFb*1.txt文件的調(diào)閱中可以看見(jiàn)如下內(nèi)容：站點(diǎn)名稱、經(jīng)度、緯度、海拔高度、危險(xiǎn)等級(jí)及釋義和防御對(duì)策建議等（圖5）。

6.3.2 火險(xiǎn)級(jí)別等值線顯示

主要包括火險(xiǎn)等級(jí)的等值線分析和填色，可以直觀看到等級(jí)分布情況（圖6）。

圖5

圖6

6.3.3 高火險(xiǎn)級(jí)別顯示

主要對(duì)高火險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)域進(jìn)行分析和填色，可以直觀看到高火險(xiǎn)等級(jí)分布情況，起到提示作用（圖7）。

6.3.4 各縣林區(qū)代表區(qū)域火險(xiǎn)級(jí)別顯示

可以查看各縣林區(qū)代表區(qū)域火險(xiǎn)級(jí)別和預(yù)警信號(hào)以及防御建議等（圖8）。

圖7

圖8

6.4 資料瀏覽及查詢

主要對(duì)實(shí)況資料、歷史資料、計(jì)算資料、服務(wù)產(chǎn)品（文本、圖片）、日志資料等進(jìn)行瀏覽和查詢（圖9）。

圖9

6.5 利用Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及瀏覽

打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)瀏覽菜單，便能對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行瀏覽、傳輸?shù)炔僮鳎▓D10）。

圖10

6.6 常用工具

本系統(tǒng)為集成了計(jì)算器、文字編輯、圖片編輯、PPT制作等多類常用工具為一體的綜合應(yīng)用平臺(tái)，可以方便、快捷處理各類資料（圖11）。

圖11

7 氣象資料處理和預(yù)警信息發(fā)布

所有林火氣象因子的歷史和實(shí)時(shí)資料均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)調(diào)入森林防火危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）系統(tǒng)，為確保資料的準(zhǔn)確性，操作人員可通過(guò)平臺(tái)中的“修正當(dāng)日預(yù)報(bào)資料”功能，對(duì)林火氣象因子資料進(jìn)行訂正,系統(tǒng)根據(jù)訂正后的資料自動(dòng)計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)，并生成預(yù)報(bào)（警）服務(wù)產(chǎn)品文件（包括文本文件和圖片文件）。預(yù)警信息發(fā)布單位調(diào)用jmail.dll庫(kù)文件，向互聯(lián)網(wǎng)郵箱發(fā)送森林防危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)（警）服務(wù)產(chǎn)品文件，用戶用密碼登錄郵箱，下載當(dāng)天的預(yù)報(bào)（警）服務(wù)產(chǎn)品文件，根據(jù)危險(xiǎn)級(jí)別和相關(guān)對(duì)策建議開(kāi)展服務(wù)。

[1]晁峰. 森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法分析. 黑龍江科技信息，2011

[2]中國(guó)氣象局. 地面氣象觀測(cè)規(guī)范. 氣象出版社,2003.7

[3]四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.四川省地方標(biāo)準(zhǔn). DB51/T856-2008. 川西高原森林火險(xiǎn)天氣等級(jí), 2008.9

[4]王彬華，李建華編著. 中文VB精彩編程五十例. 電子科技大學(xué)出版社,2004.4

[5]曾琦主編. VB6.0編程實(shí)例與技巧.中國(guó)水利水電出版社,1998.10

[6]嚴(yán)華生等編. 氣候變化分析預(yù)測(cè). 氣象出版社，2003