湘西州森林防火與氣象條件關系

鄭福維， 劉文星，肖 健， 彭繼虎， 騰羿和， 楊 帆

(1.湖南省湘西州氣象局，湖南吉首 416000；2.衡陽市氣象局，湖南衡陽 421000;3.湖南省湘西州林業局，湖南吉首 416000)

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湘西州森林防火與氣象條件關系

鄭福維1， 劉文星1，肖 健2， 彭繼虎3， 騰羿和1， 楊 帆3

(1.湖南省湘西州氣象局，湖南吉首 416000；2.衡陽市氣象局，湖南衡陽 421000;3.湖南省湘西州林業局，湖南吉首 416000)

利用1950～1988、2005～2015年湘西州森林火災相關資料，1960～2015年湘西州8縣(市)氣象觀測站溫度、濕度資料，采用線性和曼-肯德爾(MK)突變檢驗的分析方法，對湘西州森林防火與氣象條件關系進行研究。通過研究得出氣象條件和森林火災關系非常緊密，每年的春冬季節是森林火災的高發期；確定森林火險預報模型為I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r，將森林火險等級劃分為五級；對湘西州森林防火預警預報系統進行研發，將森林防火氣象預報預警模型與突發事件預警信息發布的業務充分融合。

湘西州；森林；防火；氣象

湘西州地處湘鄂渝黔4省市交界，位于湖南省西北部，地處武陵山區，屬亞熱帶季風濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征。湘西州解放前生產技術落后，刀耕火種情況較多，糧食產量低。1958年大煉鋼鐵和老百姓自然取柴做飯、燒炭、建房等，使得森林遭到毀壞性砍伐，森林面積大幅度下降。2001年時任總理朱镕基視察湘西州時感嘆：“濯濯童山意怏然，蔥蘢不見夢難圓”，提倡湘西州要大力退耕還林，湘西州由此開始了封山育林、植樹造林運動，經過10余年造林和保護，現在到處是綠水青山，森林覆蓋率恢復到70%，許多珍稀的鳥禽走獸又回來了。

火災是森林的主要危害因子之一，湘西州林業局全面落實火災防范措施，依據林業法律法規，強化嚴細備防、周密預防、快速反應、專業撲救等各項措施，加大依法問責力度，加強野外火源管理，抓好重點地區和火災多發區的森林防火工作，確保森林資源、自然環境和林區群眾生命財產安全，維護林區社會安定。目前有關湘西州氣象條件對火災發生的影響未見報道。筆者開展火災發生和氣象條件關系的研究，并對森林防火氣象預報預警系統研發和應用進行介紹，為湘西州森林防火提供理論依據和實踐參考。

1　研究區概況

湘西州四季分明，降水充沛，光熱偏少，光熱水基本同季，氣候類型多樣，立體氣候明顯，素有“一山有四季，十里不同天”說法。全境從垂直方向上可劃為河谷溫熱濕潤帶、山地溫暖較潮濕帶、山地溫涼潮濕帶4個氣候類型帶。湘西州地區為雷擊多發區，年平均雷暴日數51.7 d，全州林地885 853.5 hm2，幼齡林地201 268.7 hm2，森林覆蓋率達70.24%，維管束植物217科3 807種，其中國家一級重點保護植物有銀杏、紅豆杉等9種，國家二級重點保護植物有楠木、花櫚木等29種，湖南省地方重點保護植物43種[1]。湘西自古盛產金絲楠木，明清以來湘西的溪州土司王納貢中央朝廷楠木上千棵，用于修建宮殿、陵墓，正如一首佚名詩[2]所云：“楠木葉香自動風，森森獨秀五溪中。北京營造太和殿，采伐棟梁立首功。”

2　數據來源及分析

氣象數據和火災數據均由湘西州氣象局提供。數據分析采用Excel2007軟件完成。

3　結果與分析

3.1火災與氣象條件的關系

3.1.1湘西州1950～1988、2005～2015年森林火災發生次數。由圖1可知，1950～1965年湘西州為森林火災高發期，此時老百姓防火意識薄弱，滅火能力差。目前湘西州綠色生態環境水平處在全省前列，是湖南省重要的綠色屏障和重點林區，是洞庭湖及長江中下游流域的“江河源”“生態源”，是全國生態文明示范工程試點區，區位十分重要。通過湘西州森林公安局10余年辛勤護林、愛林，該地森林火災次數下降，贏得了社會的好評。

圖1　1950～1988、2005～2015年湘西州森林火災發生次數Fig.1　Forest fire times in Xiangxi Prefecture during 1950-1988 and 2005-2015

圖2　2005～2015年湘西州森林火場面積及受害森林面積年際變化Fig.2　Annual change of fireground area and injured forest area in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.2森林火場面積和受害森林面積。2005～2015年湘西州共計發生森林火災832起，其中一般火災410起，較大火災422起，沒有發生重大及特大火災。總體表現為一般及較大火災發生較為頻繁，無重大及特大火災。由圖2可知，森林火場面積和受害森林面積年際變化與火災發生次數大體保持一致，2008年和2012年出現極值。

3.1.3森林火災發生次數與年平均氣溫的關系。由圖3可知，2005～2015年湘西州年平均氣溫變化不是很明顯，總體略微下降。結合森林火災發生次數年際變化圖可以看出，二者體現為一致下降的趨勢，由此可以推測，年平均氣溫變化對湘西州森林火災發生有一定的影響，但并不是很明顯。夏秋兩季湘西州受副熱帶高壓影響，晴熱高溫，久旱無雨，湘西多油脂性杉木和馬尾松森林，火災隱患不容忽視。

圖3　2005～2015年湘西州年平均氣溫變化Fig.3　The change of annual average temperature in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.4森林火災發生次數與年平均相對濕度的關系。由圖4可知，2005～2015年湘西州年平均相對濕度呈平穩滑動趨勢，結合森林火災發生次數年際變化圖可以看出，年平均相對濕度和森林火災發生次數均呈下降的趨勢，兩者相關性不明顯。

圖4　2005～2015年湘西州年平均相對濕度變化Fig.4　The change of annual average relative humidity in Xiangxi Prefecture during 2005-2015

3.1.52005～2012年湘西州森林火災發生次數逐月變化。由圖5可知，湘西州森林火災主要發生在2、3、4月份，也就是冬春季節。春季剛至的4月火災發生次數最多，2、3月火災發生次數沒有4月多。冬季氣候干燥，可燃物較多，也易發生火災，但是冬季氣溫較低，人們戶外活動減少，火災危害等級較低。4月天氣開始回暖，且較為干燥，春耕農事和清明節掃墓增多，這時是火災的多發時段，且火災危害等級較高。雖然夏季氣溫比冬春季高，但是降水多，空氣濕度較大，誘發火災的可燃物較少，導致火災發生次數較少。

圖5　2005～2012年湘西州森林火災發生次數逐月變化Fig.5　The monthly variation of forest fire times in Xiangxi Prefecture during 2005-2012

圖6　1960～2015年3月古丈平均濕度MK曲線Fig.6　MK curve of average humidity in Mar. during 1960-2015 in Guzhang

圖7　1960～2015年10月古丈平均濕度MK曲線Fig.7　MK curve of average humidity in Oct. during 1960-2015 in Guzhang

3.1.6古丈、保靖、永順3站溫度、濕度的曼-肯德爾(MK)突變檢驗。湘西州有龍山、永順、保靖、古丈、吉首等8縣(市)，其中保靖縣有白云山國家級野生動物保護公園，永順縣有國家級森林公園小溪公園，杉木河、青天坪等林場，古丈有省級林場高望界林場、紅石林林場。選取有重要意義的古丈、保靖、永順3站為代表站進行研究，采用曼-肯德爾法對1960～2015年共計56年歷史資料(溫度、濕度)進行分析。經過分析，僅古丈3月和10月平均濕度有突變曲線，通過了顯著性檢驗。古丈1960～1990年3月份濕度突變，呈現上升趨勢(圖6)，1970～2015年10月份濕度突變，與火災發生次數呈負相關，即濕度越大，火災發生次數越少(圖7)。1960～2008年10月份濕度有突變，上升趨勢明顯，火災次數減少明顯，2008～2015年呈下降趨勢(圖8)。永順1960～2013年10月濕度無突變，2014～2015年10月濕度有突變(圖9)。

3.2湘西州森林防火氣象預報預警系統研發與應用

3.2.1系統研發。為提高湘西州森林防火的現代化建設水平，結合州林業局現有的(湖南省或國家林業局林火預警監測中心的衛星)遙感火情監測資料[3]歷史數據以及氣象數據，分析各森林火險與熱點的分布規律，根據統計結果對上級部分的指導預報結果進行調整，建立待命的森林火險模型，并進行三維地形圖演示。

圖8　1960～2015年10月保靖平均溫度MK曲線Fig.8　MK curve of average temperature in Oct. during 1960-2015 in Baojing

圖9　1960～2015年10月永順平均溫度MK曲線Fig.9　MK curve of average temperature in Oct. during 1960-2015 in Yongshun

湘西州森林防火預警預報系統技術路線見圖10，它是通過對形成森林火險基礎因子和誘發因子數學模型計算，結合湘西州三維地形圖、中長期天氣預報、森林火險等級劃分標準自動生成森林火險預警預報等級結果，面向社會公眾發布。

3.2.2森林火險等級預報。森林火災大多發生在冬春季節，將天氣晴熱、空氣干燥、氣溫回升迅速、風大極易引起森林火災的多發時段稱為森林火險戒嚴期。與森林火險關系密切的氣象因子主要有空氣濕度、溫度、風速、降水和連旱天數等。森林火險天氣等級標準見表1。

圖10　湘西州森林防火預警預報系統技術路線Fig.10　Technical route of forest fire prevention early warning and forecast system in Xiangxi Prefecture

根據湘西州森林火災發生情況，結合當地氣候條件，建立森林火險預報模型如下：

I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r式中I為森林火險值，D為連續無雨日數(日降水量<0.1 mm)，H為相對濕度，T為日最高氣溫，F為風速，r為雷擊次數。

表1　森林火險天氣等級標準

4　結論

(1)該研究表明，湘西州中小型火災發生較為頻繁，總森林火災發生次數逐年下降，森林火災發生主要集中在2、3、4月份。

(2)湘西州森林火災的發生與降水量、氣溫、相對濕度、風速等氣象條件密切相關。通過MK突變分析得出濕度增加，火災發生次數相對減少。

(3)研發了湘西州森林火險預警預報系統，并劃分為5個火險等級。根據湘西州森林火災發生情況，結合當地氣候條件，建立森林火險預報模型：I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r。

[1] 宋亞軍.近期林火科學研究文獻計量分析[D].北京：北京林業大學,2013.

[2] 翟非,翟星.美麗中國：湘西楠木[EB/OL].(2013-03-27)[2016-06-21].http://www.gnly.gov.cn/n1267/n1271/c136716/content.html.

[3] 王正旺,龐轉棠,魏建軍,等.森林火險天氣等級預測及火情監測應用[J].自然災害學報,2006,15(5):154-161.

Relationship between Forest Fire Prevention and Meteorological Conditions in Xiangxi Autonomous Prefecture

ZHENG Fu-wei1, LIU Wen-xing1, XIAO Jian2et al

(1. Xiangxi Meteorological Bureau in Hunan Province, Jishou, Hunan 416000; 2. Hengyang Meteorological Bureau, Hengyang, Hunan 421000)

By using relevant data of forest fire from Xiangxi Meteorological Bureau during 1950-1988, 2005-2015, temperature and humidity data from 8 counties(cites) meteorological station in Xiangxi Prefecture during 1960-2015, adopting linear and MK mutation test analysis method, the relationship between forest fire prevention and meteorological conditions was studied. It was found that there is a very close relationship between meteorological conditions and forest fire. High incidence of forest fires is in spring and winter. The calculation formula [I=D×4+(100-H)×0.4+T+F+r] for early-warning of forest fire was determined, and forest fire was divided into 5 grades. The developed early-warning system for forest fire prevention in Xiangxi Prefecture fully integrates forest fire prevention meteorology early-warning model and emergency early warning information release.

Xiangxi Prefecture; Forest; Fire prevention; Meteorology

湘西州森林火險預警模型和共享系統建設項目(xxjc2016-064)。

鄭福維(1970- )，男，湖南龍山人，工程師，從事氣象預測預警工作。

2016-07-12

S 716

A

0517-6611(2016)27-0162-03