仙林丁山氣象因子和地表可燃物含水率關系研究

孫澤儒 張忠震 賴慶方 勞港雄 孫緒鴻（南京森林警察學院，江蘇 南京210023）

森林是人類賴以生存和社會發展最重要的和不可缺少的資源。 由于人類活動及異常自然因素等原因影響，森林火災時有發生，對人類生命財產及生態環境造成了巨大危害。森林可燃物的含水率大小決定了森林可燃物燃燒的難易程度，特別是地表可燃物含水率與氣象條件密切相關。通過分析氣象因子和地表可燃物含水率之間的關系，對仙林丁山主要氣象因子和地表可燃物含水率進行連續觀測，分析丁山主要氣象因子與地表可燃物含水率變化的關系，建立數學模型，為丁山森林火險預報提供一定的可參考的理論條件。

1 研究區域

研究地丁山位于南京仙林大學城位內，我校西北面，山上植物繁茂，主要植物有馬尾松，構樹，七葉樹，竊衣，馬唐，糠稷，楝，早圓竹，金絲草，滿江紅，濕地松，黃荊，黃楊，黃連木，常春藤，樸樹，枇杷，金雞菊，菝葜，樟等。該區屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，年降水年平均降水量1106mm；四季分明，年平均溫度15.4°C，年極端氣溫最高39.7°C，最低－13.1°C，無霜期237d，年積溫（≥10℃）4897℃。丁山山體主要走向為東西方向，高度一般在40m 以上。

2 使用儀器

烘干箱、自動氣象站、電子秤、信封袋。

3 研究方法

3.1 地表可燃物含水率

3.1.1 取樣：坡向不一樣，森林火災危險性不一樣，不同坡向火災危險性由高到低排列為：南坡、西坡、東坡、北坡。 2019 年10 月～12 月，通過踏查,在丁山選擇3 個坡向(南、東和北)，在3個坡向中段選取有代表性的地段分別設置1 個典型樣方，為方便取樣，每個樣方為正方形（0.2 m×0.2 m）小樣方，對樣方里的地表可燃物物進行取樣，將采集的地表可燃物裝入0.2cm×0.2cm 的尼龍網中，尼龍網密度為40 目。將尼龍網放回采樣點，保持尼龍網與周圍環境充分接觸，即可以維持地表凋落物與周圍環境自然的水分交換狀態，也避免了外界因素造成的樣品的增加或減少。3.1.2 濕重：選擇在每日13: 30 左右，小組成員輪流對3 個樣地樣品尼龍網袋進行稱質量，記錄為濕量。3.1.3干重：監測期結束后，將樣品帶回實驗室烘干，烘干箱設置105℃，把樣品放入烘干箱持續烘干24 小時至恒質量，對烘干后的樣品稱重。3.1.4 計算地表可燃物含水率：含水率可分為絕對含水率和相對含水率，本研究僅對絕對含水率進行研究，計算公式如下：

利用實驗測定記錄的地表可燃物的濕重和干重，計算得到各個樣地采樣點每日13: 30 地表可燃物含水率的數據。

3.2 主要的氣象因子

3.2.1 主要氣象因子的選取。氣象因子指的是能夠表明大氣物理現象和物理狀態的各項動態因子，其隨著時間和空間的變化。主要包括氣溫、空氣相對濕度、風向風速、降水量和連續干旱天數。本研究參考了2015 年中國氣象局提出修訂、2018 年正式通過的國家標準《森林火險氣象等級》的標準，選擇空氣溫度、空氣相對濕度、風3 個氣象因子作為影響地表可燃物含水率的主要氣象因子。3.2.2 氣象因子測量。氣溫、空氣相對濕度、風的觀測來源于對自動氣象站每日記錄數據的整理。

3.3 數據分析方法

上式定義了總體相關系數，常用希臘小寫字母ρ（rho）作為代表符號。估算樣本的協方差和標準差，可得到樣本相關系數（樣本皮爾遜系數），常用小寫字母r 代表：

r 亦可由（Xi，Yi）樣本點的標準分數均值估值，得到與上式等價的表達式：

3.4 結果與分析

對3 個氣象要素進行了了整體分析，繪制了氣溫、相對濕度折線圖，風向、風速散點圖，最高氣溫隨時間的變化率和最低相對濕度隨時間的變化率具有一定的負相關（此處做了兩者相關分析，通過p=0.05 顯著性檢，結果見表1，相關系數為-0.22）。對南坡、東坡、北坡3 個坡面的地表可燃物含水率進行分析，在相同時間下，地表可燃物含水率由高到低排列為北坡、東坡、南坡，意味著火災發生危險性由高到低排列為南坡、東坡、北坡。對不同坡向地表可燃物含水率與最高氣溫、最低相對濕度、風做相關分析，地表可燃物含水率與日最低相對濕度變化趨勢一致，與日最高氣溫變化趨勢相反。通過p=0.05 顯著性檢驗的相關性較高的因子是最低相對濕度和地表可燃物含水率，其他因子之間均不是特別顯著。嘗試過不經過濾波的氣溫、相對濕度和含水率的數據，與濾波后的相關分析結果差別不大。

4 結論

4.1 日最高氣溫與最低相對濕度呈負相關關系，日最高氣溫越高，最低相對濕度越小。

4.2 空氣最低相對濕度是影響地表可燃物的最關鍵的因子。

4.3 通過回歸分析可以建模進行可燃物含水率預報，對森林防火具有重要意義。

不足：

a.樣方選擇數量過少。

b.下午2 點氣象觀測值更具有代表性。