森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)研究進(jìn)展1）

曾偉，劉祥鳳，楊龍光

（1.江西省林業(yè)科學(xué)院，南昌 330032；2.江西省井岡山市廈坪林場(chǎng)；3.江西省井岡山市拿山林場(chǎng)）

1 世界森林火災(zāi)概述

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球變化中發(fā)揮著十分重要的作用，并為人類的生產(chǎn)生活提供了賴以生存的環(huán)境和物質(zhì)基礎(chǔ)。近幾十年來，世界范圍的人口膨脹，工業(yè)化進(jìn)程加快，人類活動(dòng)的加劇，加上全球氣候的異常變化，導(dǎo)致世界森林火災(zāi)不斷發(fā)生。森林資源的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展已成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，預(yù)防森林火災(zāi)和減緩森林火災(zāi)的影響越來越受到各國(guó)的普遍重視。全世界每年發(fā)生森林火災(zāi)幾十萬次，受災(zāi)面積達(dá)幾百萬公頃，約占森林總面積的0.1%。20世紀(jì)80～90年代以來，隨著全球氣候變暖，森林火災(zāi)有上升的趨勢(shì)，雖然各國(guó)的森林防火費(fèi)用不斷增加，但森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和森林火災(zāi)面積并沒有明顯減少。特別是20世紀(jì)90年代后期，世界災(zāi)難性森林大火明顯增多，數(shù)百萬公頃熱帶森林被毀，嚴(yán)重破壞了全球的生態(tài)系統(tǒng)平衡，并增加了大氣中二氧化碳等溫室氣體含量。同時(shí)，嚴(yán)重的森林火災(zāi)還引起了土壤的荒漠化，并對(duì)全球的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大影響。

我國(guó)是一個(gè)森林火災(zāi)頻繁發(fā)生且森林資源相對(duì)匾乏的國(guó)家。落后的森林防火技術(shù)手段和薄弱的基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重制約了森林防火工作的進(jìn)展，并給人民生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境帶來巨大的破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950～1997年全國(guó)共發(fā)生森林火災(zāi)67.6萬次，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)1.43萬次，累計(jì)森林受災(zāi)面積為3645.6萬hm2，占我國(guó)森林面積的29.4%，森林年均受災(zāi)面積82.2萬hm2，年均森林受害率達(dá)0.63%，并給國(guó)家造成70～100億元的直接經(jīng)濟(jì)損失。近年來，我國(guó)森林火災(zāi)呈上升趨勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)森林防火形勢(shì)一直處于嚴(yán)峻的狀態(tài)［1］。鑒于我國(guó)森林資源的實(shí)際狀況和森林火災(zāi)的嚴(yán)重危害性，加強(qiáng)森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，對(duì)于提高我國(guó)的森林覆蓋、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 火險(xiǎn)預(yù)報(bào)研究歷程

在林火管理工作中，人們已意識(shí)到發(fā)展具有預(yù)報(bào)能力的火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)的重要性。森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)研究從20世紀(jì)20年代開始，迄今已有80余年的歷史，在世界各國(guó)發(fā)展很快。其中，美國(guó)和加拿大是開展森林火險(xiǎn)研究最早、取得研究成果最多的國(guó)家［2］。1914年，美國(guó)的道鮑思（Coett Dubois）在加利福尼亞森林系統(tǒng)林火預(yù)報(bào)（Systematic Fire prediction in California Forests）文章中最早提出了關(guān)于林火預(yù)報(bào)的概念，但道鮑思僅給出了森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)的一般概念性描述，沒有提出具體測(cè)定和預(yù)報(bào)火險(xiǎn)的方法。1925年，美國(guó)開始系統(tǒng)地開展林火預(yù)報(bào)研究工作。代表人物是吉思波恩（H.T.Gisbome）［3］，提出了多因子預(yù)報(bào)方法，并于1933年研制出用于實(shí)際火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)的火險(xiǎn)尺。1925年，加拿大的萊特（J.G.Wright）提出用空氣相對(duì)濕度預(yù)估林火發(fā)生方法，并以相對(duì)濕度50%為界限，小于50%就有發(fā)生林火的可能。

20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)以聶斯切洛夫?yàn)榇恚岢隽司C合指標(biāo)法，利用每日最高氣溫和水汽飽和差乘積的累積值來估計(jì)森林的易燃程度。日本科學(xué)家富山久尚提出了實(shí)效濕度法，利用空氣濕度與可燃物含水率之間的關(guān)系，通過逐日空氣相對(duì)濕度來判斷火險(xiǎn)高低。

綜上所述，各國(guó)雖然采用的森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)方法不盡相同，但原理基本一致，預(yù)報(bào)結(jié)果大都限于一些定性的火險(xiǎn)天氣特征，屬于單純的火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)。

在20世紀(jì)50年代到60年代期間，研究林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的國(guó)家越來越多，研究水平也不斷提高，其中發(fā)展較快有美國(guó)、加拿大、澳大利亞和前蘇聯(lián)等國(guó)。美國(guó)于1972年，以狄明（J.E.Deeming）［4］為代表，研制出了第一套美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)（NFDRS），并于1978年做了進(jìn)一步修正。美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)包括“點(diǎn)燃組分”、“能量釋放組分”、“蔓延組分”和“燃燒指數(shù)”這四個(gè)火險(xiǎn)指數(shù)，并基于這四個(gè)指數(shù)推算出“火負(fù)荷”指數(shù)，用來反映控火難易程度和任務(wù)量。80年代，美國(guó)又研制了“火行為預(yù)報(bào)和可燃物模型系統(tǒng)（BEHAVE）”。美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)既能做火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)，又能做林火發(fā)生預(yù)報(bào)，還能進(jìn)行火行為預(yù)報(bào)，代表了當(dāng)今林火預(yù)報(bào)的最高水平。

美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)問世不久，以瓦格那（C.E.Van Wagner）［5］為代表的加拿大科學(xué)家于1974年發(fā)布了“加拿大火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)”，成為加拿大國(guó)家級(jí)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在大量點(diǎn)火試驗(yàn)和氣象資料的基礎(chǔ)上，從可燃物含水率平衡理論出發(fā)，通過一系列推導(dǎo)、計(jì)算，最后以火險(xiǎn)天氣指標(biāo)（FWI）來進(jìn)行火險(xiǎn)預(yù)報(bào)。1987年，加拿大集中四家主要林火研究單位共同開發(fā)了加拿大森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)（Canadian Forest Fire Danger Rating System，CFFDRS）。該系統(tǒng)由天氣指標(biāo)系統(tǒng)（FWI）、火行為預(yù)報(bào)（FBP）和火發(fā)生預(yù)報(bào)（FOP）三個(gè)子系統(tǒng)組成。其中FWI和FBP己在加拿大各省應(yīng)用。90年代以來，又研究出了“人為火日發(fā)生預(yù)報(bào)”方法，系統(tǒng)功能不斷增強(qiáng)和完善。

澳大利亞林火預(yù)報(bào)始于20世紀(jì)60年代，并以大量野外點(diǎn)火試驗(yàn)為基礎(chǔ)來開展火險(xiǎn)預(yù)報(bào)研究。主要代表人物是邁克阿瑟（A.G.McAnhur）［6］，于1966年研制出了用于林火預(yù)報(bào)的森林火險(xiǎn)尺和用于草地火預(yù)報(bào)的草地火險(xiǎn)尺。70年代通過進(jìn)一步修訂和完善，增強(qiáng)了火行為預(yù)報(bào)功能，并一直延用至今。

歐洲林火信息系統(tǒng)（EFFIS）（http：／／effis.jrc.ec.europa.eu／，accessed 19January 2009）由2部分組成，其中一部分是森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)（EFFRFS），在火險(xiǎn)高峰期提供火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)使用不同的火險(xiǎn)指數(shù)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期和短期的火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。目前它所涵蓋的范圍包括了地中海的幾個(gè)國(guó)家以及德國(guó)、芬蘭、澳大利亞、塞浦路斯、保加利亞、羅馬尼亞等國(guó)。歐洲林火信息系統(tǒng)（EFFI）正朝著成為動(dòng)態(tài)體現(xiàn)林火信息的系統(tǒng)方向發(fā)展，它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)界面系統(tǒng)，用戶可以在其中搜索到歐洲區(qū)域任何一個(gè)地方的火險(xiǎn)信息。

我國(guó)林火預(yù)報(bào)研究工作起步較晚，比西方發(fā)達(dá)國(guó)家晚30～40年，且主要是在前蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大等國(guó)的成果基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行的。大體上可以分為兩大階段：建國(guó)初期到1976年，這一時(shí)期所應(yīng)用的方法基本上是引用或改進(jìn)前蘇聯(lián)，日本和美國(guó)的一些方法。1976年以后才開始廣泛地研究自己的林火預(yù)報(bào)方法，到1987年后得到迅速發(fā)展。

雙指標(biāo)法也稱著火指標(biāo)與蔓延指標(biāo)法，是中國(guó)科學(xué)院林業(yè)土壤研究所王正非等（1958）根據(jù)1955～1958年在東北、內(nèi)蒙古地區(qū)進(jìn)行防火研究提出來的。該方法基于多種氣象因子綜合影響，進(jìn)而對(duì)森林火險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并于50～60年代在我國(guó)東北及西南林區(qū)得以應(yīng)用。多因子相關(guān)概率火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)法是由伊春市氣象局和伊春市防火指揮部研制出的一種適合小興安嶺地區(qū)的林火預(yù)報(bào)方法。“801”森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)是黑龍江省森林保護(hù)研究所研究得出的一種火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)方法。經(jīng)過幾年的試用，“801”森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)方法從設(shè)計(jì)原理、指標(biāo)的計(jì)算及預(yù)報(bào)應(yīng)用效果等方面都已基本上得到肯定。林火發(fā)生預(yù)報(bào)法（又稱人為火發(fā)生預(yù)報(bào)）是東北林業(yè)大學(xué)以大興安嶺地區(qū)為背景，通過對(duì)影響林火發(fā)生諸多因子的統(tǒng)計(jì)分析，利用數(shù)量化理論來預(yù)報(bào)某一林業(yè)局某年某月某日是否能發(fā)生林火的方法。此法曾經(jīng)是我國(guó)唯一能預(yù)報(bào)林火是否發(fā)生的方法。三指標(biāo)單點(diǎn)森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)是由黑龍江省森林保護(hù)研究所王正非（1988）［7］提出的。該方法的火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)是經(jīng)過大量實(shí)室內(nèi)和野外（無風(fēng)條件下）點(diǎn)火試驗(yàn)，以火的初始蔓延速度R為指標(biāo)來劃分的。多因子綜合指標(biāo)森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)法是大興安嶺地區(qū)氣象局于1985年研制出的林火預(yù)報(bào)方法。該方法根據(jù)林火資料和同期相應(yīng)氣象數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，引入模糊集概念，研究了森林火險(xiǎn)發(fā)生的客觀規(guī)律，探討了各種氣象因子影響林火發(fā)生的特征值和臨界值，建立了識(shí)別森林火災(zāi)危險(xiǎn)程度的數(shù)學(xué)模型和火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)，研制的一套比較成功的中期和短期火險(xiǎn)預(yù)報(bào)模式。這些方法的預(yù)報(bào)精度比較高，大多通過省、部級(jí)成果鑒定，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，目前這些方法仍在使用中。到了20世紀(jì)70、80年代，全國(guó)各林區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀笠亍v史火災(zāi)情況以及可燃物含水率等研制了10多種森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)方法。肖飛（1996）［8］利用土壤干旱度指數(shù)（SDI）作為小興安嶺的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)進(jìn)行森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)。1998年國(guó)家氣象中心結(jié)合美國(guó)洛杉磯林業(yè)試驗(yàn)站布龍—戴維斯方案，利用特大火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證研制出了國(guó)家級(jí)的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)，目前該指數(shù)仍在國(guó)家氣象中心日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中使用。鄭海青［9］（2001）、李興華（2001）［10］等人分別提出了福建省和內(nèi)蒙古的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)計(jì)算方法。張映堂（1995）［11］、李春燕（1994）［12］、覃先林（2001）［13］還利用氣象條件與林中可燃物含水量的關(guān)系相繼建立了我國(guó)西南林區(qū)、東北林區(qū)的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)的預(yù)報(bào)模型。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有數(shù)十種林火預(yù)報(bào)方法，并在我國(guó)部分地區(qū)都得到相應(yīng)的推廣和使用。目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有林火預(yù)報(bào)方法主要從氣象因素角度來研究和探討林火發(fā)生規(guī)律，僅考慮了氣象因素對(duì)林火發(fā)生的影響，沒有考慮可燃物特性、地形及火源等因素對(duì)林火發(fā)生的貢獻(xiàn)。由于其預(yù)報(bào)所需要的輸入變量較少且容易獲得，以上林火預(yù)報(bào)方法具有簡(jiǎn)單易操作和容易被推廣等優(yōu)點(diǎn)，并在我國(guó)森林防火工作中發(fā)揮了巨大的作用。

3 我國(guó)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)研究存在的問題和對(duì)策

林火的發(fā)生受氣象、可燃物、地形以及人類活動(dòng)等的影響。尤其是可燃物，作為林火發(fā)生和燃燒的實(shí)體，對(duì)森林火災(zāi)的發(fā)生有著最直接的影響。因此，僅從氣象因素角度來研究和探討林火發(fā)生規(guī)律而忽略可燃物的貢獻(xiàn)，勢(shì)必影響林火預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。雖然我國(guó)已研制和發(fā)展出數(shù)十種火險(xiǎn)預(yù)報(bào)方法，但到目前為止還沒有建立一套綜合考慮氣象條件、植被條件、地形條件以及人類活動(dòng)等影響因素的國(guó)家級(jí)林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。我國(guó)各級(jí)林火管理部門發(fā)布的“森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)”僅考慮了氣象因子，沒有考慮森林可燃物對(duì)發(fā)生林火的危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)，一些地區(qū)發(fā)布的“森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)”雖然考慮了森林可燃物和氣象因子的影響，然而由于沒有考慮由氣象條件影響的可燃物濕度和由物候影響的可燃物載量的動(dòng)態(tài)變化，難以動(dòng)態(tài)獲取預(yù)測(cè)區(qū)的可燃物萌發(fā)／枯萎、細(xì)小可燃物含水狀況等森林火險(xiǎn)因子的觀測(cè)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重地制約了林火的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，且林火預(yù)報(bào)的空間位置粗略、時(shí)效性差，不能滿足各級(jí)森林防火工作的實(shí)際需求。因此，有必要基于有機(jī)耦合環(huán)境因子和生態(tài)系統(tǒng)的火險(xiǎn)指數(shù)，來準(zhǔn)確描述不同地區(qū)和環(huán)境的火險(xiǎn)信息，并結(jié)合科學(xué)的預(yù)報(bào)技術(shù)，從而建立一套適合中國(guó)的國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)。

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