森林火險等級預報應用研究

于茜 李靜 何龍 曾曉明 錢達

摘 要：森林生態系統是保護和改善人類生存環境的重要支柱，具有促進社會經濟的發展和調節生態環境的雙重作用，但春秋季節頻發的森林火災給環境建設和經濟發展帶來了很大損失，預測森林火險的發生等級對于森林資源的管理具有重要意義。文章利用Matlab軟件，將最高氣溫、最小相對濕度、最大風速、降水量的逐日氣象數據和遙感植被數據輸入森林火險天氣等級模型，應用于大興安嶺地區，最后利用火災樣本數據檢驗模型的精度。結果表明，根據matlab森林火險等級預報系統模型可以預測森林地區的火險等級，識別火災發生概率高的期間和區域，有助于森林管理員的防火措施工作，能夠為無人機規劃合理的飛行路線提供參考。

關鍵詞：森林火險等級預報；氣象因素；植被覆蓋度

中圖分類號：S762.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0047-02

Abstract： Forest ecosystem is an important pillar to protect and improve the living environment of human beings. It has the dual functions of promoting the development of social economy and regulating the ecological environment. But the frequent forest fire in spring and autumn has brought a lot of losses to the environmental construction and economic development. It is of great significance to predict the occurrence grade of forest fire insurance for the management of forest resources. Using Matlab software， the daily meteorological data of maximum temperature， minimum relative humidity， maximum wind speed and precipitation and remote sensing vegetation data are inputted into forest fire danger weather grade model and applied to Daxing'anling area. Finally， the accuracy of the model is tested by the fire sample data. The results show that according to the model of Matlab forest fire danger grade forecast system， the fire danger grade of forest area can be predicted， and the period and area with high probability of fire occurrence can be identified， which is helpful to the fire prevention measures of forest managers. It can provide reference for the UAV to plan a reasonable flight path.

Keywords： forest fire danger grade forecast； meteorological factors； vegetation coverage

引言

森林火災是指失去人為控制，在林地內自由蔓延和擴展，對森林、森林生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火[1]。我國頻繁發生的森林火災給我國的生態環境和經濟發展帶來了極大的損失。因此對森林火災進行積極有效的預防和控制一直以來都是十分重要的研究課題[2]。國內外關于森林火險預報的研究模型有多種，國外有實效濕度法、聶斯切洛夫綜合指數法、美國國家火險等級系統、加拿大森林火災天氣指標系統（FWI）和馬卡什研究的林火預報的森林火險尺等方法，我國有綜合指標法、風速補正綜合指標法、雙指標法、801火險尺法和全國森林火險天氣等級等[3-6]。然而，我國目前的森林火災預測主要在模型的研究階段，缺乏對模型的應用和精度檢驗，但是對森林火災預測的需求中，模型應用于實際的預測精度是不容忽視的[8]。

1 實驗區和數據

大興安嶺地區位于黑龍江省、內蒙古自治區東北部，地處116°49′-126°38′E，47°1′-53°28′N之間，屬寒溫帶大陸性季風氣候。林區地形總體呈東北-西南走向，屬淺山丘陵地帶，北部、西部和中部高。因地理位置及海拔高度的不同，呈現不同的森林植被類型，具有代表性的有杜鵑落葉松林、越桔落葉松林、杜香落葉松林、草類落葉松林和白樺落葉松林等。

研究中使用的氣象數據是中國氣象數據網（http：//data.cma.cn）提供的位于大興安嶺地區25個氣象站點的逐時日最高溫度、日最小相對濕度、最大風速和降水量數據。植被數據是由USGS網提供的250m植被指數產品數據（MOD13Q1）計算得到。

2 森林火險等級預報系統原理和技術

2.1 系統原理

系統依據《中華人民共和國林業行業標準-全國森林火險天氣等級》中的森林火險天氣指數預測區域火險等級[9]，此模型適用于全國各類林區的森林防火期的火險天氣等級評定。火險等級的算法見公式（1）。

公式（1）中，HTZ是火險等級，A、B、C、D、E分別代表最高氣溫、最小相對濕度、最大風速、降水量和植被覆蓋度。

3 結果與討論

3.1 大興安嶺地區火險等級

根據2017年5月2日、2017年5月17日在大興安嶺地區不同林場發生火災期間的氣象和植被數據，計算火災發生前該林場的火險等級。結果如圖2，不規則多邊形內是發生火災的林場。

3.2 森林火險等級的影響因素

3.2.1 氣溫

林火多發生于白天氣溫最高的時間段，因為氣溫升高能夠改變可燃物的物理性質，使可燃物的溫度升高、含水量變小，易接近燃點，林火發生后，高溫促使火勢更加猛烈。現代的林火預報從兩方面來考慮溫度作用：可燃物本身溫度和土壤溫度，共同影響可燃物點燃的難易程度。溫度的變幅和累積對林火的發生和蔓延都會產生影響，大火發生會引起氣溫升高，是區域著火與否的主要指標。

3.2.2 降水

森林火災預報模型主要使用降水量和降水持續時間，以及降水后的連續干旱天數作為輸入。降水量大小直接影響林區可燃物的含水量，可燃物含水量越高，著火率越低；可燃物含水量越低，著火率越高。如果降水量減少，無雨日數較長，森林中的可燃物含水量不斷下降，森林火災發生的可能性和嚴重性也隨之增大。降水是火災發生、火勢蔓延的抑制因子，降水量與森林火災呈負相關。

3.2.3 相對濕度

空氣相對濕度是森林能否燃燒以及林火蔓延速度的重要參數。相對濕度關系到可燃物的著火和火勢蔓延，當空氣相對濕度小于可燃物含水量的情況下，可燃物的水分就會向外滲透，水分蒸發快，極易燃燒，發生森林火災的可能性大，并且著火后很容易蔓延。空氣濕度對細小可燃物含水率影響最大，對易燃性有重要影響，相對濕度大，細小可燃物水分附著量大，引起火災的可能性小，反之，引起火災的可能性大。

3.2.4 風速和植被覆蓋度

風是預報中的重要因素，風能夠加速可燃物的水分蒸發使可燃物變得易燃，也能帶來氧氣，增大火勢。近地面的風，強烈受地形起伏和局部溫度的影響，它不僅能夠加速水分蒸發，促使林區植物干燥，加大火災發生的可能性，而且在森林火災發生后，風還能使火源得到充分的氧氣供應，加快燃燒的速度，變小火為大火。

4 結束語

利用遙感數據和氣象數據，森林火險等級的預測綜合了影響火災發生和發展的氣象條件和可燃物狀態。多個影響因子（日最高氣溫、日最小相對濕度、降水量、最大風速）的綜合作用可以預測火災發生的危險等級和火災擴展的嚴重程度。基于模型對森林火險等級的實時預測，可以使森林保護部門高效快速準確的確定火災危險高的區域，及時采取防護措施，避免火災發生。

森林火險等級預警是一項復雜有重要需求的工作，在后期的工作中，我們將引入影響火災發生的其他因子，例如地形，植被類型等提高火險預測精度，使模型的預測更加準確。

參考文獻：

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[3]張偉.關于大興安嶺地區森林火災與氣象因素的模型及分析[D].東北林業大學，2015.

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[8]LY/T 1172-1995.全國森林火險天氣等級[S].