基于細網(wǎng)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(yè)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(fā)生和蔓延的必要因素之一，森林火險的發(fā)生、發(fā)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(qū)，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(fā)期。

昌吉州黨委、政府提出，要把生態(tài)文明建設作為一項重要基礎工作，努力建設“美麗昌吉”。根據(jù)《昌吉回族自治州林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，昌吉州將構(gòu)建以南部山區(qū)、中部平原、北部荒漠三大區(qū)域為重點的綠色生態(tài)屏障，森林覆蓋率達到15%，城鎮(zhèn)、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(tài)環(huán)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(yè)系統(tǒng)(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(tǒng)計方法的森林火險氣象等級預報的技術(shù)得到較大的發(fā)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(wǎng)格數(shù)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(jiān)測因子替換為預報因子，輸出火險等級預報結(jié)果，對于加強高分辨率數(shù)值模式的格點釋用技術(shù)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(gòu)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(xù)無降水日數(shù)、風這些氣象條件的綜合作用決定了影響林區(qū)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(shù)據(jù)處理范圍選取昌吉州格點資料范圍(34730)，原始數(shù)據(jù)存儲格式為MICAPS第4類格點數(shù)據(jù)格式。

預報資料選取歐洲中心細網(wǎng)格(ECMWFF-thin)數(shù)值預報產(chǎn)品，該產(chǎn)品現(xiàn)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(diào)整為0.125°×0.125°的格點預報場。

2.2 林業(yè)資料

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

3 結(jié)果與分析

3.1 昌吉州森林火險氣象等級預報模型

根據(jù)中國人民共和國林業(yè)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(guī)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(xù)無降水日數(shù)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(jié)訂正指數(shù)，得到森林火險天氣指數(shù)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(shù)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(shù)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(xù)無降水日數(shù)的森林火險天氣指數(shù)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(shù)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(shù)

表2 森林防火期每日最小相對濕度的森林火險天氣指數(shù)

表3 降水日及其后的連續(xù)無降水日數(shù)的森林火險天氣指數(shù)

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(xù)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(shù)

注：D值為40以上時，仍以40計算

(5)昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響訂正指數(shù)E值，見表5。

表5 昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響訂正指數(shù)

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

根據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)資料，計算出不同區(qū)域的森林火險氣象指數(shù)，并在地圖上顯示出不同的森林火險氣象指數(shù)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(qū)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(yè)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(xiàn)形式、危險程度等做了相應的規(guī)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(jié)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(wǎng)格數(shù)值模式預報資料，有利于加強高分辨率數(shù)值模式的格點釋用技術(shù)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(tǒng)一的森林氣象火險等級預報標準，結(jié)合昌吉州森林防火期內(nèi)生物及非生物物候季節(jié)的影響指數(shù)進行訂正，增加了預報準確率，同時構(gòu)建了不同區(qū)域森林火險評價通用模型，更具推廣性。

(4)系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架，能夠?qū)崟r從Cassandra分布式數(shù)據(jù)庫中獲取模式預報數(shù)據(jù)。火險等級判別算法使用高效的矩陣算法，大大節(jié)約了對海量格點數(shù)據(jù)的處理時間。前臺圖形顯示使用GIS地圖結(jié)合echart的海量點渲染技術(shù)，能夠高效、準確地實現(xiàn)火險等級預報圖的繪制。

5 結(jié)語

森林火災的發(fā)生發(fā)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(huán)境、森林類型、林內(nèi)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(fā)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(yè)部門的密切合作顯得尤為重要。采用傳統(tǒng)調(diào)查和現(xiàn)代遙感技術(shù)相結(jié)合的方法，在林區(qū)尤其是林緣地帶，建立森林火險監(jiān)測站和森林火險因子采集站，形成覆蓋全疆各主要林區(qū)的防火氣象和可燃物觀測體系，建立森林地理環(huán)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(shù)據(jù)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(shù)保障。