2016—2020年四川省森林火災(zāi)與氣象因子的關(guān)系

■ 高潔 郭善云 汪麗 四川省氣象臺(tái) 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

森林火災(zāi)是對(duì)森林的影響和破壞最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害[1]，其突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大，給人類和生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害和損失。森林火災(zāi)的發(fā)生與一定的氣候背景有關(guān)[2]，氣象條件是林火發(fā)生的決定作用因子之一[3]。目前，國內(nèi)外學(xué)者在森林火災(zāi)發(fā)生及其與氣象因素之間的關(guān)系方面進(jìn)行了大量研究。杜建華[4]等通過對(duì)我國森林火災(zāi)時(shí)空分布及其氣候驅(qū)動(dòng)因子的研究，表明森林火災(zāi)具有顯著的區(qū)域性特征，可燃物含水率是決定林火發(fā)生的關(guān)鍵因子。劉刈[5]等對(duì)重慶市春季和盛夏高森林火險(xiǎn)等級(jí)下的典型年份的大氣環(huán)流特征進(jìn)行分析，表明春季“北低南高”的環(huán)流形勢，重慶受高壓脊影響降水偏少，氣溫偏高，利于森林火災(zāi)發(fā)生。陳峰[6]等對(duì)云南省各個(gè)生態(tài)區(qū)氣候因子與森林火災(zāi)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)用火災(zāi)次數(shù)和火災(zāi)受害面積作為火災(zāi)指標(biāo)，主導(dǎo)氣象因子有所差異。李德[7]等對(duì)四川省1979—2008年森林火災(zāi)重災(zāi)區(qū)火災(zāi)發(fā)生與氣象因子的關(guān)系研究，表明四川火災(zāi)總體呈下降趨勢，重災(zāi)區(qū)火災(zāi)與風(fēng)速、日照和降水量呈顯著線性關(guān)系。

四川省地形復(fù)雜，森林資源豐富，是我國森林火災(zāi)的多發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)，涼山州在2019年和2020年連續(xù)兩年出現(xiàn)多名消防人員在森林滅火任務(wù)中犧牲，森林防火工作十分艱巨。2011—2020年，是1850年以來最暖的十年，2020年更是20世紀(jì)初以來的最暖年份[8]。在氣候變暖大背景下，近幾年四川省森林火災(zāi)與氣象因子關(guān)系的相關(guān)研究工作較少。本研究以四川省為對(duì)象，對(duì)森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)2016—2020年的月火災(zāi)次數(shù)、火場面積和受害森林面積與當(dāng)月和前月氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，并建立數(shù)學(xué)模型，以探索四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)林火發(fā)生與氣象因子的關(guān)系，為該地區(qū)制定森林防火方針及開展防火工作提供理論依據(jù)。

一、資料與方法

（一）研究區(qū)概況

四川省位于青藏高原與我國東部平原過渡區(qū)，界于北緯26°03′～34°19′，東經(jīng)97°21′～108°12′之間，省內(nèi)地形復(fù)雜，東西部地形差異顯著。以龍門山和大涼山為界，東部為四川盆地和盆緣山地，屬于亞熱帶濕潤氣候，夏季（5～10月）降水占全年總雨量的80%，年均氣溫17℃；西部為川西高原和川西南山地，以垂直氣候帶為主，其中川西高原主要為山原地貌和高山峽谷區(qū)，年降雨量600～800mm，年均氣溫低于8℃；川西南山地主要為次高山和中山峽谷區(qū)，降雨強(qiáng)度接近盆地中南部。四川是全國第二大林區(qū)，森林面積居全國第4位，森林資源分布不均，天然林約占2/3，主要分布在川西高原和川西南山地。森林面積按川西高山高原區(qū)、川西南山地、盆周山區(qū)和盆中丘陵區(qū)依次遞減。

（二）資料來源

火災(zāi)發(fā)生歷史數(shù)據(jù)來源于四川省應(yīng)急廳森林草原防滅火指揮部，包括2016—2020年關(guān)于四川省21個(gè)市州森林火災(zāi)的數(shù)據(jù)記錄。四川省2016—2020年39個(gè)國家氣象站的氣象資料來自四川省氣象信息中心。

（三）研究方法

對(duì)2016—2020年四川省森林火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)21個(gè)市州森林火災(zāi)發(fā)生情況，找出火災(zāi)發(fā)生最為嚴(yán)重的地區(qū)。

考慮到森林火災(zāi)的發(fā)生與前期氣象因素累積有關(guān)，對(duì)林火重點(diǎn)地區(qū)，分別測定2016—2020年月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、火場面積和受害森林面積與當(dāng)月和前月平均氣壓（X1）、平均氣溫（X2）、平均相對(duì)濕度（X3）、降水量（X4）、最大風(fēng)速（X5）和日照時(shí)數(shù)（X6）之間的相關(guān)性，探討不同火災(zāi)特征值與氣象因子之間的關(guān)系，利用相關(guān)性極其顯著的氣象因子與不同火災(zāi)特征值通過SPSS進(jìn)行線性回歸計(jì)算，建立數(shù)學(xué)模型。

二、結(jié)果與分析

（一）四川省森林火災(zāi)時(shí)間特征分析

表1為2016—2020年四川省森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、火場總面積、受害森林面積、死亡人數(shù)四個(gè)參數(shù)。研究期內(nèi)每年的林火總次數(shù)在111～263次之間，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)182次；火場總面積在1207.61～5177.57hm2之間，平均每年火場面積為2812.406hm2；受害森林面積在215.05～1540.16hm2，平均每年受害森林面積為976.77hm2?；馂?zāi)種類以一般類型的火災(zāi)居多，占火災(zāi)總次數(shù)的85%，其次為較大類型火災(zāi)，占14%，重、特大火災(zāi)主要發(fā)生在2018年、2019年和2020年三年。2016—2020年林火總次數(shù)在減少，而火場面積顯著增加，其中2019年和2020年死亡人數(shù)最多。

表1 2016—2020年四川省森林火災(zāi)特征值

森林火災(zāi)各月分布如圖1所示。2～5月為四川森林火災(zāi)高峰期，此期間發(fā)生的林火總次數(shù)占全年林火總次數(shù)的86%，火場面積和受害森林面積占全年總面積的95%。2月火災(zāi)總次數(shù)最多，平均每年發(fā)生53次，占全年林火總次數(shù)的29%，3月火場面積和受害森林面積最大，占全年總面積的44%。6～12月林火發(fā)生次數(shù)在2～24次之間，火場面積0.67～189.42hm2。森林火災(zāi)發(fā)生與降水、氣溫、相對(duì)濕度等氣象要素及人類活動(dòng)密切相關(guān)。2～5月，森林里可燃物水分不能得到充足補(bǔ)給，蒸發(fā)量增加，加之氣溫逐漸回升，可燃物比較干燥，遇到火源極易燃燒，這段時(shí)期相繼進(jìn)入中國傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)和清明節(jié)，農(nóng)事用火、祭祀用火管控難度大，干燥的森林可燃物遇到火種極易引起燃燒，使得該時(shí)段森林火災(zāi)明顯偏多。5月以后四川省相繼進(jìn)入雨季，降水增多，可燃物濕度較大，林火發(fā)生次數(shù)顯著減少。秋冬季節(jié)，氣溫下降，相對(duì)濕度大，降水少，林火發(fā)生也較少。

（二）四川省森林火災(zāi)的區(qū)域分布

將2016—2020年四川省21個(gè)市州的森林火災(zāi)總次數(shù)、火場面積和受害森林面積按地區(qū)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。由表2可以看出，涼山州、甘孜州和攀枝花是四川省森林火災(zāi)發(fā)生最為嚴(yán)重的地區(qū)，年均火災(zāi)面積分別為1274.92hm2、882.57hm2和410.89hm2，火場面積占全省火災(zāi)面積的91.3%，受害森林面積占全省的88.89%，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)占全省火災(zāi)總次數(shù)的40.6%。從森林火場面積來看，涼山州、甘孜州、攀枝花、南充市、內(nèi)江市排名全省前5位，其中南充市和內(nèi)江市年均火災(zāi)面積分別為51.81hm2和28.17hm2，遠(yuǎn)低于涼山州、甘孜州和攀枝花；從受害森林面積來看，涼山州和甘孜州遠(yuǎn)高于其他市州；從火災(zāi)次數(shù)來看，涼山州和攀枝花火災(zāi)總次數(shù)遠(yuǎn)高于其他市州。綜合各區(qū)域森林火災(zāi)發(fā)生情況，本研究主要針對(duì)涼山州、甘孜州和攀枝花市3個(gè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行研究。

表2 2016—2020年四川省21個(gè)市州森林火災(zāi)特征

（三）森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與當(dāng)月氣象因子的關(guān)系

四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)2016—2020年森林火災(zāi)次數(shù)與當(dāng)月氣象因子的關(guān)系如表3所示。

表3 四川省森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與當(dāng)月氣象因子的關(guān)系

1.涼山州

2016—2020年月林火次數(shù)與月平均相對(duì)濕度和月最大風(fēng)速相關(guān)性極其顯著（P=0.001），與月平均氣壓和月日照時(shí)數(shù)相關(guān)性不顯著。選取月平均相對(duì)濕度、月最大風(fēng)速回歸分析建立林火次數(shù)模型。

通過SPSS進(jìn)行線性回歸計(jì)算，得到了5年間涼山州地區(qū)月林火次數(shù)（Y）與月平均相對(duì)濕度（X3）、月最大風(fēng)速（X5）之間的相關(guān)系數(shù)，建立回歸方程：

可見，涼山州地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，與最大風(fēng)速呈正相關(guān)，即森林火災(zāi)次數(shù)隨著濕度的減小和風(fēng)速的上升而增加。判定系數(shù)R2=0.553，P=0.000<0.001，該模型整體極其顯著；變量X3、X5通過T檢驗(yàn)（P=0.05）。擬合度良好，各變量對(duì)被解釋變量有顯著線性關(guān)系。

2.攀枝花

2016—2020年月林火發(fā)生次數(shù)與月平均相對(duì)濕度、月最大風(fēng)速和月日照時(shí)數(shù)相關(guān)性達(dá)極顯著水平，與月平均氣壓和月平均溫度的相關(guān)性不顯著。選取月平均相對(duì)濕度、月最大風(fēng)速和月日照時(shí)數(shù)與森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)進(jìn)行回歸分析建立模型。

建立攀枝花市月火災(zāi)次數(shù)（Y）與月平均相對(duì)濕度X3、月最大風(fēng)速X5和月日照時(shí)數(shù)X6之間的回歸方程為：

判定系數(shù)R2=0.555，P=0.000，該模型整體極其顯著；變量X3和X5通過T檢驗(yàn)。

考慮到本研究中月日照時(shí)數(shù)（X6）與被解釋變量無顯著線性關(guān)系，且多數(shù)研究中森林火災(zāi)發(fā)生與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，剔除變量X6再進(jìn)行線性回歸，得到回歸方程：

該模型整體顯著，擬合度良好，且兩個(gè)變量都與被解釋變量具有顯著線性關(guān)系。可見攀枝花市月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與當(dāng)月相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，與最大風(fēng)速呈正相關(guān)，即隨著相對(duì)濕度減小、風(fēng)速增大，森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)增加。

3.甘孜州

2016—2020年月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與月平均相對(duì)濕度的相關(guān)系數(shù)是0.5（負(fù)相關(guān)），達(dá)極顯著水平，與月最大風(fēng)速和月日照時(shí)數(shù)相關(guān)性不顯著。

線性回歸計(jì)算甘孜州地區(qū)月火災(zāi)次數(shù)（Y）與月平均相對(duì)濕度（X3）之間的相關(guān)系數(shù)，建立回歸方程：

判定系數(shù)R2=0.238，F(xiàn)=19.41，P=0.000，常數(shù)項(xiàng)和變量X3均通過T檢驗(yàn)，但擬合度較低。

（四）森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與前月氣象因子的關(guān)系

四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)2016—2020年月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與前月氣象因子之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如表4。由表4可知，涼山州2016—2020年月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與前月平均氣壓和日照時(shí)數(shù)相關(guān)性不顯著，與前月平均溫度、平均相對(duì)濕度和降水量的相關(guān)系數(shù)分別是0.629（負(fù)相關(guān)）、0.634（負(fù)相關(guān)）、0.531（負(fù)相關(guān)），達(dá)極顯著水平（P=0.001）。攀枝花市月森林火災(zāi)次數(shù)與前月平均溫度、平均相對(duì)濕度和降水量的相關(guān)系數(shù)分別是0.549（負(fù)相關(guān)）、0.558（負(fù)相關(guān)）、0.458（負(fù)相關(guān)），達(dá)極顯著水平。甘孜州月森林火災(zāi)次數(shù)與前月平均相對(duì)濕度、降水量和日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別是0.671（負(fù)相關(guān)）、0.469（負(fù)相關(guān)）、0.461（正相關(guān)），達(dá)極顯著水平。

表4 四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)月火災(zāi)次數(shù)與前月氣象因子的關(guān)系

通過SPSS進(jìn)行線性回歸計(jì)算，建立涼山、攀枝花和甘孜三市（州）月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)與前月氣象因子回歸方程（表5）。由表5看出，3個(gè)重點(diǎn)地區(qū)模型擬合度均通過了顯著性檢驗(yàn)，除了甘孜州擬合度較差外，涼山州和攀枝花擬合度都較好，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明回歸模型能夠較好地解釋四川森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)當(dāng)月火災(zāi)次數(shù)與前月氣象因子之間的關(guān)系。

表5 四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)月火災(zāi)次數(shù)與前月氣象因子回歸分析

（五）森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)火場面積與氣象因子的關(guān)系

四川省森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)2016—2020年月森林火災(zāi)火場面積與當(dāng)月和前月氣象因子之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析。涼山州和攀枝花市月森林火災(zāi)面積與當(dāng)月和前月氣象因子相關(guān)性未達(dá)極顯著水平（P=0.001），涼山州月森林火災(zāi)面積與當(dāng)月和前月平均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)月最大風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，攀枝花市森林火災(zāi)面積與前月平均溫度和相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)。甘孜州月森林火災(zāi)面積與當(dāng)月平均相對(duì)濕度、最大風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)相關(guān)性達(dá)極顯著水平（P=0.001），與前月平均相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)極其顯著，但是通過SPSS建立線性回歸方程模型都不顯著。

（六）森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)受害森林面積與氣象因子的關(guān)系

森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)2016—2020年月受害森林面積與當(dāng)月和前月氣象因子之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析。涼山州和甘孜州月受害森林面積與當(dāng)月和前月氣象因子相關(guān)性未達(dá)極顯著水平（P=0.001），涼山州月受害森林面積與當(dāng)月和前月平均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)月最大風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，甘孜州月受害森林面積與前月平均溫度和平均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)。攀枝花市月受害森林面積與當(dāng)月和前月平均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)月平均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，達(dá)極顯著水平（P=0.001）。通過線性回歸計(jì)算攀枝花市月受害森林面積與當(dāng)月和前月平均相對(duì)濕度（X3）之間的相關(guān)系數(shù)，建立回歸方程：

判定系數(shù)R2=0.205，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量F=8.014，P=0.000；常數(shù)項(xiàng)和X3均通過T檢驗(yàn)，但擬合度較差。

三、結(jié)論

對(duì)四川省2016—2020年21個(gè)地區(qū)的森林火災(zāi)總次數(shù)、火場面積和受害森林面積分地區(qū)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示涼山州、甘孜州和攀枝花市為2016—2020年四川省森林火災(zāi)發(fā)生最嚴(yán)重的地區(qū)。

涼山州和攀枝花市森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)隨當(dāng)月濕度下降和風(fēng)速上升呈增加趨勢，線性關(guān)系顯著；涼山州火災(zāi)次數(shù)與前月溫度、相對(duì)濕度和降水量呈顯著線性相關(guān)，攀枝花市火災(zāi)次數(shù)與前月相對(duì)濕度線性相關(guān)顯著。甘孜州林火次數(shù)與當(dāng)月和前月相對(duì)濕度呈顯著線性相關(guān)。利用相關(guān)性構(gòu)建回歸模型，對(duì)不同區(qū)域林火發(fā)生進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。

三個(gè)市州火場面積和受害森林與當(dāng)月和前月氣象因子同樣存在相關(guān)性，但是同氣象因子與林火次數(shù)的相關(guān)性對(duì)比較差，且建立的回歸模型擬合度稍小，或不能通過顯著性檢驗(yàn)。因此三個(gè)森林火災(zāi)重點(diǎn)地區(qū)火災(zāi)次數(shù)與氣象因子的相關(guān)性及模型擬合度更具代表性。