黔中地區(qū)森林火險(xiǎn)氣象風(fēng)險(xiǎn)模型的研究

中圖分類號(hào)：S762 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095-3305（2025）05-0263-03

森林火災(zāi)會(huì)對生態(tài)環(huán)境、人類生命財(cái)產(chǎn)安全以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成巨大影響[1-2]。隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)的加劇，森林火災(zāi)的頻率和強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢[3-4]。對森林火險(xiǎn)氣象風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，對制定有效的預(yù)防措施和應(yīng)急響應(yīng)策略至關(guān)重要。森林火災(zāi)的發(fā)生與氣象條件密切相關(guān)。

此外，地形、植被類型和人類活動(dòng)等非氣象因素也會(huì)對火險(xiǎn)等級產(chǎn)生影響[5-9]。準(zhǔn)確預(yù)測火險(xiǎn)等級，不僅能夠?yàn)樯只馂?zāi)的預(yù)防和撲救提供科學(xué)依據(jù)，還對維護(hù)生態(tài)平衡、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，國外研究主要集中在火災(zāi)發(fā)生概率模型、火災(zāi)行為模擬和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估等方面[10。國內(nèi)研究則側(cè)重于火災(zāi)氣象條件的定量分析和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[1-13]。盡管研究取得了一定進(jìn)展，但現(xiàn)有研究仍存在模型泛化能力不足、數(shù)據(jù)更新滯后和預(yù)測精度不高等問題。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

貴陽地處云貴高原東部的黔中山原地帶，地勢自西南向東北逐漸升高，海拔 800-2200m 貴陽屬于亞熱帶濕潤氣候，夏季雨水充沛，冬季相對較干燥。年均氣溫16°C 左右，年降水量約為 1200mm 貴州森林覆蓋率高達(dá)60% ，該地區(qū)在森林火災(zāi)防控方面面臨較大壓力（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象觀測數(shù)據(jù)來源于貴州省氣象信息中心，主要包含日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日最小相對濕度、日最大風(fēng)速。預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來源于貴陽市氣象臺(tái)，火災(zāi)樣本數(shù)據(jù)來源于FIRMS（FireInformationforResoutceManagement System）。

2研究方法研究，預(yù)報(bào)模型的建立

區(qū)域氣候環(huán)境狀態(tài)是森林火災(zāi)發(fā)生的根本因素[14-15]。一般火險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型僅考慮氣象條件對森林火險(xiǎn)發(fā)生的影響，但由于貴陽地處山區(qū)，局部地區(qū)氣候差異較大，極易造成誤報(bào)或漏報(bào)，故將坡度加入模型中。利用2013—2022年貴陽市67個(gè)遙感森林火災(zāi)樣本和氣象觀測數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)，建立了森林火險(xiǎn)綜合預(yù)測模型 U ，計(jì)算公式如下：

式 （1）～ 式（3中， U 為森林火險(xiǎn)氣象綜合指數(shù)；Um（a） 為森林火險(xiǎn)氣象監(jiān)測指數(shù)； Uf（b） 為森林火險(xiǎn)氣象預(yù)報(bào)指數(shù)； Im（V） 為觀測數(shù)據(jù)中日最大風(fēng)速V對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)； Im（T） 為觀測數(shù)據(jù)中日最高氣溫T對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)； Im（RH） 為觀測數(shù)據(jù)中日最小相對濕度RH對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)； Im（ΔT） 為觀測數(shù)據(jù)中溫度日較差 Δ T對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)； Im（m） 為觀測數(shù)據(jù)中降水量及其后連續(xù)無降水日數(shù) m 對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)， If（V） / 為預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)中各氣象要素對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)，函數(shù)取值同觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)。 Ca 為坡度系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式（4）式（5）中， Ca 的取值參考《森林火險(xiǎn)氣象等級》國家標(biāo)準(zhǔn)（QX/T77—2007）的其他因子火情貢獻(xiàn)度計(jì)算方法。i為各區(qū)間因子之和（如地形中坡度的分類級別； P_i 反映該區(qū)間的火情嚴(yán)重程度； P_min 為各區(qū)間內(nèi) P_i 最小值。式（5）中， F_i 為各區(qū)間火災(zāi)出現(xiàn)次數(shù)歷史平均值； Y_i 為各因子區(qū)間內(nèi)火災(zāi)出現(xiàn)日數(shù)。火險(xiǎn)模型中氣象因子函數(shù)值、坡度及其系數(shù)見表1。

3數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 火險(xiǎn)氣象風(fēng)險(xiǎn)等級的劃分

依靠經(jīng)驗(yàn)劃分森林火險(xiǎn)等級存在較強(qiáng)主觀性，自然斷點(diǎn)分級法具有定量、客觀、科學(xué)等優(yōu)勢。森林火險(xiǎn)一般劃分為5個(gè)級別，三級以上（包括三級）容易發(fā)生森林火災(zāi)。針對2013—2022年貴陽67個(gè)森林火災(zāi)樣本，閾值范圍確定為46＼～128，將各火點(diǎn)當(dāng)天的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)報(bào)指數(shù)導(dǎo)入ArcMap軟件，并運(yùn)用自然斷點(diǎn)法將樣本火險(xiǎn)指數(shù)分為三級，即第三、第四和第五級森林火險(xiǎn)。當(dāng)火災(zāi)樣本森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù) U 為46時(shí)，即為第一、第二級森林火險(xiǎn)分界（表2）。

3.2貴陽市森林火點(diǎn)的發(fā)生特點(diǎn)

根據(jù)2013—2022年森林火點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（圖2）顯示，貴陽在1一4月容易發(fā)生森林火災(zāi)，5月之后森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)相對較少。這可能是因?yàn)橘F陽在冬春時(shí)期降水量較少、空氣相對干燥，加之受人類活動(dòng)（如焚燒秸稈、祭祀等）影響，容易發(fā)生火災(zāi)。

3.3森林火險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型與森林火險(xiǎn)綜合預(yù)報(bào)模型對比

當(dāng)考慮只用森林火險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型 Um 預(yù)報(bào)火險(xiǎn)等級時(shí)，10年中森林火險(xiǎn)為三級以上天數(shù)占比 25.66% 四級以上天數(shù)占比 2.19% ，五級以上天數(shù)占比為 0% 而森林火險(xiǎn)綜合預(yù)報(bào)模型 U 在10年中三級以上天數(shù)占比 50.49% ，四級以上天數(shù)占比 6.19% ，五級以上天數(shù)占比 0.22% （表3）。此外 Um 的森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)相對保守，而 U 則體現(xiàn)出應(yīng)報(bào)盡報(bào)，降低漏報(bào)的概率。

為驗(yàn)證2種模式的預(yù)報(bào)效果，用森林火險(xiǎn)監(jiān)測預(yù) 報(bào)模型 Um 與森林火險(xiǎn)綜合預(yù)報(bào)模型 U 對2023年1月13日貴陽市森林火險(xiǎn)氣象風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行預(yù)報(bào)（圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， Um 預(yù)報(bào)的高森林火險(xiǎn)范圍過大，而 U 預(yù)報(bào)的高森林火險(xiǎn)范圍較為符合實(shí)際，故 U 對貴陽本地的預(yù)報(bào)更具有參考價(jià)值。

4結(jié)論

（1）貴陽市2013一2022年火點(diǎn)分布情況顯示，貴陽市息烽縣、清鎮(zhèn)市、貴安新區(qū)、花溪區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較多，中部城區(qū)一帶發(fā)生火災(zāi)次數(shù)少。

（2）貴陽火災(zāi)易在冬季和春季發(fā)生，因?yàn)橘F陽冬春時(shí)期降水量較少、空氣相對干燥，加之受到人類活動(dòng)（如焚燒秸稈、祭祀）影響，容易發(fā)生火災(zāi)。

（3）森林火險(xiǎn)氣象綜合指數(shù) U 比森林火險(xiǎn)氣象監(jiān)測指數(shù) Um 更符合貴陽本地森林火情，更適合業(yè)務(wù)應(yīng)用。

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