火險氣象等級標準在銅陵市預報業務中的應用研究

熊 權，朱 奇，吳明業

（銅陵市氣象局，安徽 銅陵244100）

1 引言

森林是地球生態系統的主體，是大自然的總調度室，具有維護地球生態環境的重要功能，而森林火災則相反，是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害，是威脅地球生態的主要災害之一，還會對社會經濟、人類的身體健康和生命安全產生不良影響。國內的專家對森林火災的發生與氣象條件的關系作出了許多研究，也取得了一些進展[1-3]。牛若蕓等對近幾十年來國內外森林火險氣象指數的研究工作進行回顧和總結，指出指數查對法、綜合指標法和統計回歸法各有優缺點，需要結合氣候環境特點對這些方法進行適用性研究，并加以修正和完善[1]。陳正洪根據湖北省防火期內的林火個例，導出了分區及全省的火災氣象指標之間的判別函數，制定了森林火險等級標準及預報模式[2]。通過不斷研究總結，形成了多個火險氣象等級標準，如QX/T 77（中華人民共和國氣象行業標準）、GB/T 20487 和GB/T 36743（中華人民共和國國家標準）。

在銅陵市氣象預報業務中，非汛期在10-01 至次年04-30，每日均須編制次日的森林火險氣象等級預報短信，發給森林防火部門。這3 個標準在銅陵市森林火險等級預報業務中應用較多。本文主要針對這3 個標準及本地化應用進行分析研究，再結合2019 年銅陵市郊區一次森林火災發生前后的火險氣象指數變化的案例分析，最終得到3 個標準在銅陵市本地業務應用中的優缺點和應用經驗總結，旨在更準確地預報銅陵市森林火險氣象等級，為森林火險防災減災作出貢獻。

2 火險氣象等級標準的演變與本地應用

2.1 中華人民共和國氣象行業標準QX/T 77

在銅陵市氣象臺應用最早的森林火險氣象等級標準為QX/T 77—2007。該標準規定了中國森林火險氣象等級的劃分標準、名稱，森林火險氣象指數的計算和使用[4]。核心計算方法為：選取了12 個氣象因子，劃分不同區間，計算12個因子不同區間內的歸一化條件概率；再根據附錄提供的方法，計算各單因子森林火險貢獻度，然后取前五個因子森林火險貢獻度的平均值為Uj，取后7 個因子森林火險貢獻度的平均值為Uq。森林火險氣象指數FFDI的計算公式為：Uj，Uq>0.5 且Uj>Uq時，FFDI=Uj；其他情況，FFDI=0.5×（Uj+Uq）。

在實際業務中，計算過于復雜。首先，它有12 個影響因子，且各因子區間內劃分較繁瑣，比如說相對濕度在0～100 之間，按區間2 劃分，有50 個區間，氣溫按2 劃分，也有20～30 個區間；然后再按不同因子計算各區間內的歸一化條件概率，工作量很巨大。再看單因子火險貢獻度數學模型，復雜的計算公式，12 個因子分別計算待定系數。因此，在實際預報業務中，對該行標并不能直接應用，在非汛期每日的森林火險氣象等級預報，更多的是靠本地經驗和預報員個人經驗，而且以定性化預報為主。但其提出的用14時氣象要素瞬時值來代替氣象要素日最值的思路，是否有必要，需要在后面的案例分析中來驗證。

2.2 中華人民共和國氣象國家標準GB/T 20487

城市火險氣象等級GB/T 20487—2006 與GB/T 20487—2018，前者為首次發布版本，后者為前者的第一次修訂[5]。新版本對初代版本從術語、定義等進行了修訂，核心算法未變。主要選取日最高氣溫、日最小相對濕度、日最大風力、連續無降水日數、日降水量為5 項主要影響因子。不同的季節與地域，5 種因子與對應的城市火險氣象指數各不相同，根據5 個因子實況值，得到對應的5 種城市火險氣象指數分量，它們的和構成城市火險氣象指數（UFWⅠ），進而劃分為5個等級。

相較于QX/T 77，計算有明顯的簡化。12 個影響因子，簡化為5 個主要影響因子，保留了取氣象要素日最值的定義，在銅陵市預報業務中，可以直接算得火險氣象指數分量，匯總得到火險氣象指數及等級。但是其未采用14 時氣象要素瞬時值來代替氣象要素日最值的思路，哪種預報效果更佳，需要在后面的案例分析中進一步驗證。

2.3 中華人民共和國氣象國家標準GB/T 36743

2018 年，中國氣象局制定并發布了新的森林火險氣象等級標準GB/T 36743—2018。該標準規定了森林火險氣象等級的確定及其計算方法，適用于對森林火險氣象條件的監測、預報和服務[6]。核心計算方法為：根據地勢、氣候條件和歷史火災分布等因素將全國劃分為5 個區域，5 個區域不同的FFDI分界值劃分等級；FFDI的計算公式：

可以看出，相比于QX/T 77，GB/T 36743 更多借鑒了GB/T 20487 的主要算法和理論，同時計算進一步簡化，且思路更清晰。

首先，將全國劃分為5 個區域，本地可以直接代入區域，得到不同森林火險氣象等級的指數區間，比GB/T 20487 的簡單，南北緯度劃分更科學，也更加簡捷方便。其次，借降水量修正指數和積雪修正指數，直接將兩大類森林火險指數較低的情況劃分了出來：當24 h 降水超過1 mm 時，IFFDⅠ為0；當24 h 雪深超過0 cm 時，IFFDⅠ為0。最后，將GB/T 20487中5 個主要影響因子，精簡為4 個主要影響因子，根據氣象要素及其函數值查對表，求得森林火險氣象指數分量。也不再提之前兩個標準里的要素最值，借鑒了QX/T 77 的思路，直接以14 時氣象各要素值代入計算。因此，GB/T 36743 更像是前面兩種標準的綜合版本，并進行了升級。

3 銅陵市郊區一次森林火災發生前后的森林火險氣象指數研究

2019-11-15T12：50 左右，銅陵市郊區周潭鎮施灣村發生森林火災。2019-11-17T10：00，4 個火點全部被撲滅。選取此次森林火災發生前后的時間背景，研究2019-11-4—2019-11-20 一周的森林火險氣象指數情況。統計這7 d 的氣象要素值。

3.1 GB/T 20487 標準

銅陵市空間屬于北緯25°～35°，時間段屬于9～11 月，按照GB/T 20487 標準中火險氣象指數分量查表中，統計5個氣象要素對應的指數分量，并計算火險氣象指數。先用GB/T 20487 中定義的各氣象要素最值來計算，如表1 所示。再用各氣象要素瞬時值（14 時）來計算，如表2 所示。

表1 2019-11-14—11-20 氣象要素對應指數分量統計表（最值、GB/T 20487 定義）

表2 2019-11-14—11-20 氣象要素對應指數分量統計表（14 時）

對比發現，采用14 時氣象要素值計算得到的火險氣象等級，更貼合銅陵市實際業務中的森林火險氣象等級預報服務。

主要表現在：11-17—11-18 降水均超過8 mm，表1 中11-17—11-18 均預報火險氣象等級3 級（中等危險）顯然報高，表2 中11-17 預報火險氣象等級2 級，11-18 預報火險氣象等級1 級更準確；銅陵市郊區施灣村11-15 發生森林火災，11-17T10：00 4 個火點全部被撲滅，預報11-15—11-16火險氣象等級5 級（極高危險）非常準確，而表2 中預報11-14火險氣象等級4 級（高危險）比預報火險氣象等級5 級更合適；11-19—11-20 是在經歷2 d 有效降水后，預報氣象等級3 級比4 級好。

因此，在實際業務中，如果要對GB/T 20487 進行應用，用14 時氣象要素值代替氣象要素日最值進行計算，計算火險氣象等級效果更好，這也剛好契合了QX/T 77 中采用的“定義是氣象要素日最值、實際用14 時氣象要素值替入”這一特點。

3.2 GB/T 36743 標準

同樣用氣象要素日最值及14 時氣象要素值分別計算森林火險氣象指數（FFDⅠ）。

不存在積雪，系數Cs均為1；而11-17—11-18 日降水量均超過1 mm，11-17—11-18 系數Cr為0，其他時間Cr為1。根據安徽省生態氣象和衛星遙感中心的旱澇監測圖，11-14—11-18，銅陵市均為中旱，11-19—11-20 銅陵市為輕旱。

用各氣象要素最值來計算，再用GB/T 36743 中定義的各氣象要素瞬時值（14 時）來計算，如表3 所示。

表3 2019-11-14—11-20 氣象要素對應指數分量統計表（14 時、GB/T 36743 定義）

對比發現，兩者得到的森林火險氣象等級較為接近，但是從服務效果上來看，后者更加契合。采用最值計算的火險氣象等級更加一致，11-14—11-16 均為5 級；采用14 時氣象要素值計算得到的火險氣象等級，11-14 未發生火災時為4 級，11-15—11-16，火災發生與持續，均為5 級，非常準確，指示意義更大。

與GB/T 20487 算法改良版（用14 時氣象要素值代替氣象要素日最值）計算結果比較，11-14—11-16 火險氣象等級一致，11-17 火險氣象等級后者顯得偏高。因此，在銅陵市預報業務中，GB/T 36743 標準的應用效果更好。

4 總結

通過上述分析得到如下結論：①QX/T 77 的森林火險氣象指數計算過于復雜，在銅陵市預報業務中并不能被有效應用，但其提出的用14 時氣象要素瞬時值來代替氣象要素日最值的思路，在GB/T 36743 中得到采納，具有重要的意義。②GB/T 20487 經歷了兩個版本，進行了部分修訂，核心算法未變，以5 個氣象要素（采用最值）為主要氣象影響因子，分別計算火險氣象指數分量，匯總得到火險氣象指數及等級。③GB/T 36743 更像是前面兩種的綜合版本，并進行了升級。摒棄QX/T 77 的復雜算法，對GB/T 20487 的算法進行升級，根據地勢、氣候條件和歷史火災分布等因素，將全國劃分為5 個區域，比GB/T 20487 的簡單南北緯度劃分更科學；引人24 h 雪深的因子（前兩種沒有），與24 h 降水一起作為重要的控制系數，簡化計算；將5 個氣象要素計算縮減為4 個，同樣簡化計算。④選取銅陵市郊區一次森林火災發生前后為時間背景（2019-11-04—11-20），研究發現：GB/T 20487 計算得到的火險氣象等級偏高，如果用14 時瞬時值代替最值，會有明顯改善，但與GB/T 36743 計算得到的火險氣象等級比較，還是后者更契合實際、服務效果更好，即GB/T 36743 標準在銅陵市預報業務中的應用效果更好。⑤GB/T 36743 也存在一些問題值得思考，比如，兩個控制系數為0 時，森林火險氣象指數直接為0，但是0 卻不在森林火險氣象等級劃分區間內（一級從4 開始）；降水發生后一段時間，如無旱時6 d 內，或者輕旱1 d（2019-11-19），預報森林火險氣象等級一級在實際預報業務中略偏低，調整為二級更好。這就需要國標的起草單位對其進行補充修訂，以達到更好的應用效果。