基于細網格的昌吉州森林火險氣象等級預報

簡詠梅,李 江,劉 江

(1.昌吉回族自治州氣象局，新疆 昌吉 831100；2.克拉瑪依市氣象局，新疆 克拉瑪依 834000；3.昌吉回族自治州林業局，新疆 昌吉 831100)

1 引言

森林火險與氣象的關系十分密切，氣象條件是決定森林火災能否發生和蔓延的必要因素之一，森林火險的發生、發展和氣象條件密不可分。昌吉回族自治州(以下簡稱昌吉州)是典型的干旱半干旱地區，森林火災是重要災害之一，每年4月1日至10月31日是森林火災的高發期。

昌吉州黨委、政府提出，要把生態文明建設作為一項重要基礎工作，努力建設“美麗昌吉”。根據《昌吉回族自治州林業發展“十三五”規劃》，到2020年，昌吉州將構建以南部山區、中部平原、北部荒漠三大區域為重點的綠色生態屏障，森林覆蓋率達到15%，城鎮、村莊居民點綠化覆蓋率達到35%以上。

開展森林火險氣象等級預報研究，對于加強森林防護工作、提高森林防火能力、保護生態環境具有積極意義。目前全疆氣象部門主要使用Micaps及氣象制圖后臺作業系統(MSPGS)制作森林火險氣象等級預報，工作量較大，且過于粗糙。近年來，由于氣象觀測資料的空間密度不斷加大，基于統計方法的森林火險氣象等級預報的技術得到較大的發展，這種方法較以前相比更為精確，也更接近實際情況。

因此，利用實時觀測氣象要素和歐洲中心細網格數值模式預報資料，建立森林火險等級精細化預報模型，將各氣象監測因子替換為預報因子，輸出火險等級預報結果，對于加強高分辨率數值模式的格點釋用技術研究、提高昌吉州森林火險氣象等級預報精度、降低空報和漏報比例都具有積極意義。

2 資料來源與處理

2.1 氣象資料

構建森林火險等級指標必須充分考慮氣象因子的作用，開展森林火險預報工作離不開實時觀測氣象要素和預報氣象要素。

氣溫、相對濕度、降水及連續無降水日數、風這些氣象條件的綜合作用決定了影響林區火險等級的高低。為了在模型中定量的表示火險等級高低，選取的氣象參考要素為24 h累計降雨量、相對濕度、2 m溫度、10 m風場，數據處理范圍選取昌吉州格點資料范圍(34730)，原始數據存儲格式為MICAPS第4類格點數據格式。

預報資料選取歐洲中心細網格(ECMWFF-thin)數值預報產品，該產品現有兩個時次，分別為08時起報和20時起報，預報時間為10 d(0～72 h為3 h時間間隔，72～240 h為6 h時間間隔)，空間分辨率自2015年1月15日之后由0.25°～0.25°的格點預報場調整為0.125°×0.125°的格點預報場。

2.2 林業資料

收集昌吉州森林資源分布圖、昌吉州林業管護站所位置信息，并使用MAPGIS軟件將70個林業管護站的大地坐標，轉換成可以使用的經緯度坐標。

3 結果與分析

3.1 昌吉州森林火險氣象等級預報模型

根據中國人民共和國林業部1995年12月1日開始實施的《全國森林火險天氣等級》相關規定。將每日最高空氣溫度、最小相對濕度、最大風力等級、當日降水量及其后的連續無降水日數作為基本氣象因子，與昌吉州護林防火指揮部共同制定昌吉州森林防火期物候季節訂正指數，得到森林火險天氣指數A、B、C、D、E值。

(1)森林防火期每日的最高空氣溫度的森林火險天氣指數A值，見表1。

(2)森林防火期每日最小相對濕度的森林火險天氣指數B值，見表2。

(3)森林防火期每日前期或當日的降水量及其后的連續無降水日數的森林火險天氣指數C值，見表3。

(4)森林防火期每日的最大風力等級的森林火險天氣指數D值，見表4。

表1 森林防火期每日的最高空氣溫度的森林火險天氣指數

表2 森林防火期每日最小相對濕度的森林火險天氣指數

表3 降水日及其后的連續無降水日數的森林火險天氣指數

注：降水量小于0.3 mm作為無降水計算。C值為30以上時，每延續1 d，C值遞加5，C值為50以上時，仍以50計算

表4 森林防火期每日的最大風力等級的森林火險天氣指數

注：D值為40以上時，仍以40計算

(5)昌吉州森林防火期內生物及非生物物候季節的影響訂正指數E值，見表5。

表5 昌吉州森林防火期內生物及非生物物候季節的影響訂正指數

注：E值綜合考慮不同月份昌吉州綠色植被生長或積雪覆蓋情況制定

(6)計算森林火險天氣指數HTZ。森林火險天氣指數HTZ的計算公式為：HTZ=A+B+C+D-E。

根據HTZ的值，查對森林火險天氣等級標準，見表6。

表6 森林火險天氣等級標準

注：森林火險天氣等級為每日最高森林火險天氣等級，其等級標準由森林火險天氣指數HTZ查對

3.2 輸出昌吉州森林氣象火險等級示意圖

通過軟件編程，每日16時自動提取精細化預報數據資料，計算出不同區域的森林火險氣象指數，并在地圖上顯示出不同的森林火險氣象指數所代表的顏色等級(綠、藍、黃、橙、紅)，該圖可直觀判斷昌吉州不同格點區域的森林火險氣象等級情況(見圖1)。

2007年10月1日實施的《中華人民共和國氣象行業標準(QX/T77-2007)—森林火險氣象等級》對森林火險氣象等級的顏色、表現形式、危險程度等做了相應的規定，見表7。

表7 森林火險氣象等級

圖1 昌吉州森林氣象火險等級預報

4 結論

(1)該模型除用于輸出未來24 h昌吉州森林氣象火險等級預報圖外，還可以計算未來3 d、未來10 d昌吉州森林氣象火險等級趨勢。

(2)使用細網格數值模式預報資料，有利于加強高分辨率數值模式的格點釋用技術研究，提高了森林火險氣象等級預報的精度，從而降低了空報和漏報率。

(3)預報模型采用了全國統一的森林氣象火險等級預報標準，結合昌吉州森林防火期內生物及非生物物候季節的影響指數進行訂正，增加了預報準確率，同時構建了不同區域森林火險評價通用模型，更具推廣性。

(4)系統采用B/S構架，能夠實時從Cassandra分布式數據庫中獲取模式預報數據。火險等級判別算法使用高效的矩陣算法，大大節約了對海量格點數據的處理時間。前臺圖形顯示使用GIS地圖結合echart的海量點渲染技術，能夠高效、準確地實現火險等級預報圖的繪制。

5 結語

森林火災的發生發展不僅僅與氣象要素有關，同時受到多種復雜因素的共同影響，跟地理環境、森林類型、林內可燃物載量、含水率及森林燃燒性等息息相關，利用氣象條件建立森林火險潛勢預警模型只是提供一種火險發生的氣象可能性，而真正的火災起因并不會與火險等級的氣象條件一一對應，因此在使用時應綜合考慮各項因素。

在森林火險預警預報研究中，氣象部門與林業部門的密切合作顯得尤為重要。采用傳統調查和現代遙感技術相結合的方法，在林區尤其是林緣地帶，建立森林火險監測站和森林火險因子采集站，形成覆蓋全疆各主要林區的防火氣象和可燃物觀測體系，建立森林地理環境信息庫、森林火險氣象信息庫、森林可燃物信息庫、森林火災數據庫，修訂并完善森林火險預報模型，將為科學、實時、準確地進行森林火險預警提供可靠的技術保障。