陜西省森林火災(zāi)時空特征及周末、節(jié)假日效應(yīng)研究

沈姣姣，李 茜，張宏芳，黨超琪，張 曦，楊 楠

(1.陜西省氣象服務(wù)中心，西安 710014；2.陜西省氣象局秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點實驗室，西安 710016；3.陜西省氣候中心，西安 710014)

森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置困難等特點，是當(dāng)今國際上較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害和公共危機(jī)事件之一[1]，也是被林業(yè)系統(tǒng)唯一列入國家十三個重大公共安全災(zāi)害，并進(jìn)入國家級應(yīng)急預(yù)警預(yù)案的災(zāi)種之一[2]。陜西省森林資源豐富，截至2021年，全省森林覆蓋率達(dá)到45%以上(來自國家林業(yè)和草原局政府網(wǎng)，http://www.forestry.gov.cn/main/5384/20220614/164158877546347.html)。陜西南部的秦嶺林區(qū)不僅是“國家中央森林公園”，也是我國“十八個生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)之一”。陜西屬于森林火災(zāi)頻發(fā)地區(qū)，省內(nèi)自然保護(hù)區(qū)和森林公園眾多，林區(qū)防火基礎(chǔ)設(shè)施老舊，火險火情難以及時發(fā)現(xiàn)和撲救，給當(dāng)?shù)卦斐闪藧毫拥纳鷳B(tài)影響和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。2012年起，陜西省氣象局和陜西省林業(yè)廳密切合作，建立了一大批森林火險監(jiān)測站，增強(qiáng)了森林火災(zāi)預(yù)警能力，在一定程度上遏制了森林火災(zāi)的發(fā)生，對保障森林資源和生態(tài)環(huán)境安全具有重大的意義。

有研究[3]表明，人類頻繁活動是造成森林火災(zāi)的主要原因之一。隨著旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)山旅游人員逐年增多，野外火源點多、面廣，引發(fā)森林火災(zāi)的人為火源大量存在，大大增加了森林火災(zāi)隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計[4]，20世紀(jì)90年代太白山共發(fā)生荒火和林火21起，全部由人為火源引起，因此在春節(jié)、清明、五一、十一等非常時期，嚴(yán)防火源進(jìn)入林區(qū)，防止森林火災(zāi)的發(fā)生。那么這些“非常時期”的森林火災(zāi)是否有規(guī)律性特點呢？

“周末效應(yīng)”最初是由Cross研究股票收益的周內(nèi)異常波動規(guī)律時提出的，隨著研究領(lǐng)域的拓展，這一概念逐漸被引用到多個領(lǐng)域。現(xiàn)有研究指出，某些城市氣象站的氣象要素，如氣溫[5]和降水頻率[6]等出現(xiàn)顯著的周循環(huán)特征，也有研究表明，城市污染物，如PM2.5[7]、臭氧[8]、黑炭氣溶膠[9]、霧霾[10]等也表現(xiàn)出明顯的周末效應(yīng)；因此有不少學(xué)者推斷人們規(guī)律性的生活方式可能是導(dǎo)致產(chǎn)生這種周期變化的原因[5]。本文以“周末效應(yīng)”和“節(jié)假日效應(yīng)”表征森林火災(zāi)的人為干擾程度，對陜西森林火災(zāi)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析。該研究結(jié)果不僅對陜西省森林火災(zāi)的預(yù)防有重大的現(xiàn)實意義，也可為地方政府開展森林火災(zāi)災(zāi)害防治和應(yīng)急管理工作、保障社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

陜西省地處我國西北內(nèi)陸的中緯度地區(qū)，從北到南可以分為陜北高原、關(guān)中平原、秦巴山地三個地貌區(qū)，作為中國南北氣候分界線的秦嶺山脈橫貫全省東西。陜北黃土高原海拔800～1 300 m，約占全省總面積45%，大部屬暖溫帶氣候，年平均氣溫7～11 ℃，降水量為300～600 mm，包括榆林和延安。關(guān)中平原平均海拔520 m，約占全省總面積19%，屬暖溫帶氣候，年平均氣溫11～14 ℃，降水量500～700 mm，包括寶雞、咸陽、銅川、西安和渭南。秦巴山地包括秦嶺、巴山和漢江谷地，約占全省總面積36%，屬北亞熱帶氣候，年平均氣溫13～16 ℃，降水量700～1 200 mm，包括漢中、安康和商洛。由于自然、社會、火源管理等方面的問題，陜西森林火災(zāi)發(fā)生比較頻繁，火災(zāi)造成的損失嚴(yán)重，森林防火工作十分艱巨。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

陜西省森林火災(zāi)數(shù)據(jù)包括火災(zāi)次數(shù)和受害森林面積，火災(zāi)數(shù)據(jù)為陜西省森林防火指揮部辦公室提供的1977—2015年陜西省逐年森林火災(zāi)數(shù)據(jù)和2010—2015年逐日森林火災(zāi)數(shù)據(jù)。

2.2 周末效應(yīng)和節(jié)假日效應(yīng)

在忙碌工作之余，人們多選擇在周末或小長假進(jìn)山踏青、納涼、賞景等，產(chǎn)生明顯與平時不一樣的人類活動，戶外活動呈階段性密集增多，尤其清明節(jié)因祭祀等原因，一直以來都是森林火災(zāi)發(fā)生的高風(fēng)險時段，增加了林區(qū)人為用火的管理難度。參考文獻(xiàn)[11]，界定周末效應(yīng)和節(jié)假日效應(yīng)W=C1-C2，周末效應(yīng)指數(shù)和節(jié)假日效應(yīng)指數(shù)P=(C1-C2)/C2×100%，其中C1指周末/節(jié)假日森林火災(zāi)次數(shù)，C2指工作日/非節(jié)假日森林火災(zāi)次數(shù)。將周末/節(jié)假日火災(zāi)次數(shù)大于工作日/非節(jié)假日火災(zāi)次數(shù)稱為正周末效應(yīng)/正節(jié)假日效應(yīng)，周末/節(jié)假日火災(zāi)次數(shù)小于工作日/非節(jié)假日火災(zāi)次數(shù)稱為負(fù)周末效應(yīng)/負(fù)節(jié)假日效應(yīng)。剔除法定節(jié)假日后，將2010—2015年森林火災(zāi)資料分為工作日和周末兩種類型進(jìn)行統(tǒng)計，工作日為周一到周五，周末為周六和周日，以此來考察陜西省和10地市森林火災(zāi)是否存在“周末效應(yīng)”。同時將春節(jié)(當(dāng)天及前后各10 d)、植樹節(jié)(當(dāng)天及前后各5 d)、清明節(jié)(當(dāng)天及前后各5 d)、五一和十一作為考察森林火災(zāi)“節(jié)假日效應(yīng)”存在與否的重點時段。需要指出的是，下文中提到的10地市是指所在地城市和其下轄的縣市。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林火災(zāi)時空分布特征

3.1.1 空間分布特征 從圖1可以看出，1990—2015年陜西省共發(fā)生森林火災(zāi)1 784次，受害森林面積22 619.0 hm2。陜南地區(qū)火災(zāi)次數(shù)達(dá)813次，占全省總次數(shù)的45.6%；受害森林面積9 863.3 hm2，占全省受害森林面積的43.6%。陜南地區(qū)尤其是中東部的安康和商洛，是陜西省內(nèi)森林火災(zāi)較嚴(yán)重的地區(qū)。該地森林火災(zāi)頻發(fā)的原因可能有以下兩方面：一是與陜南特殊的地理位置有關(guān)。陜南地處秦嶺腹地，樹林種類豐富，隨著近年旅游人數(shù)增多，人為活動對森林原始植被造成了干擾，野炊、吸煙等活動大大增加了森林火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險。另一方面原因可能在于陜西省現(xiàn)有的原始森林多集中在秦嶺、巴山等高寒偏遠(yuǎn)山區(qū)，人少、交通不便，加上大量農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，留守人員中老、弱、病、殘人員比例提高，對火災(zāi)防控能力下降，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，撲救不及時容易釀成森林大火。

與陜南相比，關(guān)中的銅川、西安、咸陽、渭南等地森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和受害森林面積相對較少。1990—2015年陜北延安地區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)127次，低于全省平均森林火災(zāi)次數(shù)(179次)，但是火災(zāi)面積(4 296.95 hm2)遠(yuǎn)高于全省平均火災(zāi)面積(2 261.90 hm2)，平均火災(zāi)受害率(即火災(zāi)面積/火災(zāi)次數(shù))在10地市中居于首位，達(dá)到33.8 hm2/次，遠(yuǎn)高于其余地市的平均火災(zāi)受害率(10.7 hm2/次)。這可能是因為陜北地區(qū)雨水稀少、氣候干燥，加上近些年退耕還林，林草覆蓋面積迅速增加，稍有火源極易引發(fā)火勢大規(guī)模蔓延。

3.1.2 時間分布特征 從圖2可以看出，1977—2015年陜西省森林火災(zāi)次數(shù)和受害森林面積出現(xiàn)明顯減少趨勢，尤其是1989年之后森林火災(zāi)次數(shù)顯著減少并趨于穩(wěn)定，1989—2015年平均為72.3次/a，受害森林面積達(dá)到335.0 hm2/a；而1977—1988年平均為246次/a，受害森林面積為2 338.4 hm2/a。整體看來，20世紀(jì)70年代至80年代是陜西省森林火災(zāi)頻發(fā)期，火災(zāi)次數(shù)多，受災(zāi)面積廣，給當(dāng)?shù)厣仲Y源造成了嚴(yán)重?fù)p失；90年代后森林火災(zāi)次數(shù)顯著減少且基本趨于穩(wěn)定，受災(zāi)面積也相應(yīng)減少，這與全國森林火災(zāi)受害面積變化趨勢基本一致[12]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，陜西省森林火災(zāi)嚴(yán)重的年份集中在1978年和1987年，這與全國森林火災(zāi)次數(shù)和受害森林面積出現(xiàn)高值的時段吻合[13]。

陜西省森林火災(zāi)具有明顯的季節(jié)性特征，春季森林火災(zāi)最頻繁，2010—2015年達(dá)到69.3次/a；冬季次之，為21.3次/a；秋季和夏季森林火災(zāi)相對較少，分別為3.2次/a和0.5次/a。這種季節(jié)分布特征可能與季節(jié)性的氣溫、風(fēng)速、降雨變化和規(guī)律的人類活動等因素有關(guān)。陜西屬大陸性季風(fēng)氣候，冬季受蒙古冷高壓控制，盛行干燥強(qiáng)盛的偏北風(fēng)，樹木和地表物含水量較低，極易引燃；春季為過渡季節(jié)，積雪融化，萬物吐新，踏青休閑活動逐漸增多，星星之火往往會造成嚴(yán)重的森林火災(zāi)。因此冬春季成為一年中森林火災(zāi)高發(fā)時段。陜西夏季盛行暖濕的西南氣流，雨水充沛，植株含水量增加，地表物濕度增加，森林火災(zāi)發(fā)生概率減少。即使發(fā)生火災(zāi)，如果撲救及時，火勢也容易控制。

3.2 森林火災(zāi)周末效應(yīng)及其變化規(guī)律

3.2.1 森林火災(zāi)周末效應(yīng) 從陜西省2010—2015年周末與工作日森林火災(zāi)發(fā)生情況的對比(表1)來看，除了2015年陜西省森林火災(zāi)次數(shù)出現(xiàn)負(fù)周末效應(yīng)外，2010—2014年森林火災(zāi)次數(shù)均表現(xiàn)出正周末效應(yīng)，其中2010年和2013年正周末效應(yīng)達(dá)到6.0次/d和8.7次/d。

表1 2010—2015年陜西省逐年周末與工作日森林火災(zāi)次數(shù)統(tǒng)計

對陜西省10地市周末與工作日的森林火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(表2)，發(fā)現(xiàn)在陜西省10地市中，除了延安地區(qū)不存在明顯周末效應(yīng)，西安和漢中地區(qū)森林火災(zāi)存在弱的負(fù)周末效應(yīng)外，其余7個地市均存在正周末效應(yīng)，尤其是榆林和商洛地區(qū)的正周末效應(yīng)最明顯，分別達(dá)到1.8次/d和1.4次/d，說明榆林和商洛地區(qū)周末發(fā)生火災(zāi)的次數(shù)明顯高于工作日。值得注意的是，榆林和商洛地區(qū)森林火災(zāi)次數(shù)的周末效應(yīng)指數(shù)并非最大。研究發(fā)現(xiàn)，渭南、銅川和咸陽地區(qū)的周末效應(yīng)指數(shù)最大，分別達(dá)到280%、150%和150%。相對于榆林和商洛，雖然渭南、銅川和咸陽地區(qū)周末發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但是這3個地市周末火災(zāi)次數(shù)發(fā)生概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周內(nèi)。所以在日常森林防火工作中，除了對森林火災(zāi)易發(fā)、頻發(fā)地區(qū)進(jìn)行重點監(jiān)督預(yù)防外，對周內(nèi)火災(zāi)發(fā)生概率小，但周末可能激增的地區(qū)也不可掉以輕心，應(yīng)更加關(guān)注渭南、銅川和咸陽的火災(zāi)，以防麻痹大意引起重大森林火災(zāi)。

表2 2010—2015年陜西省10地市周末與工作日森林火災(zāi)次數(shù)統(tǒng)計

3.2.2 森林火災(zāi)周末效應(yīng)的季節(jié)變化 對不同季節(jié)陜西省森林火災(zāi)周內(nèi)和周末次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不論是周內(nèi)還是周末，陜西省春季森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多，其次為冬季和秋季，夏季最少。進(jìn)一步從各季節(jié)森林火災(zāi)次數(shù)的周末效應(yīng)分布來看，春季周末效應(yīng)(8.6次/d)最大，秋季(7.4次/d)和夏季(3.0次/d)次之，冬季僅存在極弱的周末效應(yīng)(0.2次/d)，可見，春季不論周內(nèi)還是周末，森林火災(zāi)發(fā)生概率均較大，且周末發(fā)生概率大于周內(nèi)。這種現(xiàn)象也從側(cè)面證明了森林火災(zāi)的發(fā)生除了與春季干燥的自然氣候條件有關(guān)外，還可能與周末進(jìn)山踏青游客增多會人為引發(fā)森林火災(zāi)有關(guān)。而夏季和秋季森林火災(zāi)多數(shù)情況下發(fā)生在周末，也從側(cè)面說明夏秋季氣候濕潤，自然情況下森林火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險較小，更可能與人為活動引發(fā)有關(guān)。冬季氣候干燥，植株干枯，地表覆蓋大量枯葉，客觀上極易引發(fā)大規(guī)模森林火災(zāi)，但是此時天寒地凍，進(jìn)山游客明顯減少，所以綜合氣候和人為兩方面因素，冬季周內(nèi)和周末火災(zāi)發(fā)生次數(shù)均較低，周末效應(yīng)也極弱。

3.2.3 森林火災(zāi)周末效應(yīng)的空間分布 對陜西省10地市森林火災(zāi)次數(shù)的周內(nèi)和周末分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(圖3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除了漢中和西安外，陜西省其余8地市周末發(fā)生森林火災(zāi)的次數(shù)均高于周內(nèi)，即均存在“正周末效應(yīng)”。對不同城市不同季節(jié)森林火災(zāi)的周末效應(yīng)進(jìn)行比較(圖4)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陜西省大部分地區(qū)的森林火災(zāi)周末效應(yīng)在一年中的不同季節(jié)均有所體現(xiàn)。除漢中外，大部分地區(qū)在春季均表現(xiàn)出正周末效應(yīng)，尤其是榆林、銅川、寶雞和商洛表現(xiàn)出較強(qiáng)的正周末效應(yīng)。在夏季，僅榆林、咸陽、西安和商洛表現(xiàn)出弱的正周末效應(yīng)，延安、銅川、渭南、漢中和安康并未表現(xiàn)出周末效應(yīng)。在秋季，榆林、安康和商洛表現(xiàn)出明顯的正周末效應(yīng)，寶雞和渭南正周末效應(yīng)略弱。在冬季，不同城市森林火災(zāi)周末效應(yīng)有正有負(fù)，有較大不確定性。

3.2.4 森林火災(zāi)周內(nèi)變化特征 圖5表示2010—2015年逐年周一到周日陜西省森林火災(zāi)次數(shù)在周循環(huán)中的距平分布。分析發(fā)現(xiàn)，除2015年外，2010年、2011年、2012年、2013年和2014年陜西省森林火災(zāi)次數(shù)在周末均表現(xiàn)出正距平，即周末森林火災(zāi)次數(shù)比周內(nèi)多。從逐日變化來看，除了2012年和2015年外，2010年、2011年、2013年和2014年周三和周四均呈現(xiàn)負(fù)距平，即周三和周四發(fā)生森林火險的概率低于每周的平均水平。此外，除了2011年和2013年外，2010年、2012年、2014年和2015年周一和周二也呈現(xiàn)負(fù)距平，即周一和周二發(fā)生森林火險的概率也低于周平均水平。從周五來看，2010年、2014年和2015年表現(xiàn)出正距平，2011年、2012年和2013年表現(xiàn)出負(fù)距平，周五森林火災(zāi)的發(fā)生有很大的不確定性。總的來說，陜西省周內(nèi)森林火災(zāi)少發(fā)可能與工作日人們基本都在上班，很少外出進(jìn)山活動，因而對森林干預(yù)較少有關(guān)。

3.3 森林火災(zāi)節(jié)假日效應(yīng)

研究中發(fā)現(xiàn)陜西省森林火災(zāi)除了表現(xiàn)出“周末效應(yīng)”外，在節(jié)假日尤其是清明節(jié)、植樹節(jié)、春節(jié)等前后森林火災(zāi)次數(shù)也會明顯增加。為進(jìn)一步驗證陜西省森林火災(zāi)是否存在與“周末效應(yīng)”相類似的“節(jié)假日效應(yīng)”，選取2010—2015年春節(jié)、清明節(jié)、植樹節(jié)、五一和十一作為研究對象，對森林火災(zāi)在節(jié)假日和全年的差異進(jìn)行對比分析(表3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)五一和十一期間陜西發(fā)生森林火災(zāi)的次數(shù)幾乎為0，節(jié)假日效應(yīng)幾乎不存在。春節(jié)、清明節(jié)和植樹節(jié)前后均存在正節(jié)假日效應(yīng)，且節(jié)假日效應(yīng)為植樹節(jié)(1.3次/d)>清明節(jié)(1.1次/d)>春節(jié)(0.8次/d)，因此在以后的森林防火工作中，除了關(guān)注清明節(jié)和春節(jié)前后外，還應(yīng)嚴(yán)防植樹節(jié)前后發(fā)生森林火災(zāi)的風(fēng)險。

表3 2010—2015年節(jié)假日森林火災(zāi)次數(shù)和節(jié)假日效應(yīng) 單位：次/d

4 結(jié)論與討論

(1)20世紀(jì)70年代至80年代是陜西省森林火災(zāi)頻發(fā)期，火災(zāi)次數(shù)多，受災(zāi)面積廣；90年代后期森林火災(zāi)顯著減少且基本趨于穩(wěn)定，尤其是重大特大森林火災(zāi)明顯減少，受災(zāi)面積相應(yīng)也減少。1990—2015年陜南森林火災(zāi)次數(shù)和受害森林面積幾乎占全省的一半，陜北延安地區(qū)火災(zāi)受害率(即火災(zāi)面積/火災(zāi)次數(shù))在10地市中居于首位，遠(yuǎn)高于其余地區(qū)。關(guān)中的銅川、西安、咸陽、渭南森林火災(zāi)發(fā)生概率相對較低，受害森林相對較少。

(2)陜西省森林火災(zāi)春季最頻繁，其次為冬季，秋季和夏季較少。除延安不存在明顯周末效應(yīng)，西安和漢中地區(qū)存在弱負(fù)周末效應(yīng)外，其余7地市均存在正周末效應(yīng)，其中榆林和商洛地區(qū)的正周末效應(yīng)最明顯。春季不論周內(nèi)還是周末，森林火災(zāi)發(fā)生概率均較大，且周末發(fā)生概率大于周內(nèi)，夏季和秋季森林火災(zāi)多數(shù)情況下發(fā)生在周末，冬季周內(nèi)和周末火災(zāi)發(fā)生次數(shù)均較低。

(3)從森林火災(zāi)次數(shù)周內(nèi)分布來看，2010年、2011年、2013年和2014年周三和周四均呈現(xiàn)負(fù)距平，2010年、2012年、2014年和2015年周一和周二也呈現(xiàn)負(fù)距平，周五森林火災(zāi)的發(fā)生有很大的不確定性，2010年、2014年和2015年表現(xiàn)出正距平，2011年、2012年和2013年表現(xiàn)出負(fù)距平。除五一和十一外，春節(jié)、清明節(jié)和植樹節(jié)前后森林火災(zāi)均存在正節(jié)假日效應(yīng)，且節(jié)假日效應(yīng)大小為植樹節(jié)>清明節(jié)>春節(jié)。

(4)森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展除了受到氣象因素和人為因素的影響，還與植被類型、地形地勢、撲救水平等因素有關(guān)。由于資料限制，本研究僅分析了人為活動對森林火險的干擾程度，建議在掌握森林火災(zāi)時空特征和周末、節(jié)假日效應(yīng)的的基礎(chǔ)上，加大林火管理宣傳力度和森林火險監(jiān)測，同時進(jìn)一步結(jié)合植被、地形等數(shù)據(jù)信息，對森林火險預(yù)報預(yù)警模型進(jìn)一步完善。