森林火災風險性評估方法綜述

王睿琛，張文文，龍騰騰,2，王秋華,2

(1. 西南林業大學土木工程學院，云南 昆明 650224；2. 云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南 昆明 650224)

森林火災是世界多林國家共同面臨的災害。作為一種自然災害，其會造成嚴重的森林資源、生態和生命財產損失。與其他災種相比，森林火災具有更高的發生頻度，在特定天氣和環境條件下形成的規模和波及的范圍存在高度不確定性，正在持續不斷地向人類發出挑戰[1]。亞馬遜地區在2019年共記錄了48 339處火情，而2018年為24 467處火情，呈猛烈增長趨勢。該地區森林大火蔓延廣，時間長，強度大，造成了嚴重經濟損失[2]。2019年11月澳大利亞森林發生大火，累計過火面積超過1 940萬hm2，受極端火行為影響，撲救極其困難，在澳大利亞乃至世界歷史上也屬罕見[3]。2020年3月30日，四川省涼山州西昌市瀘山發生森林火災，火災過火面積超1 000 hm2，毀壞面積超80 hm2[4]。為避免森林火災給人民和國家帶來巨大的經濟損失，需要積極預防森林火災，保護林業資源。森林可燃物可以是草本植物、干枯植株、倒木以及腐殖質等一切有機質[5]，作為森林燃燒物質基礎，可通過森林可燃物管理，從根本上解決林火安全問題，使森林結構得到改善，從而提高森林健康水平[6]。因此，進行可燃物普查，為森林可燃物管理提供依據，從而積極預防森林火災十分必要。此外，了解火災風險將最大程度地減少土地和森林火災的潛在影響[7]。而森林管理中森林火災風險評估是關鍵部分，也是最重要的一步，能夠合理劃分火災風險等級，有目的地采取預防措施，最大程度地減少對生命、財產和自然資源的威脅[8]。森林火災風險評估是對森林火災潛在發生與蔓延風險及森林火災潛在危害的綜合評估，通過風險評估確定森林火災高風險地點并估計其影響范圍，為森林消防組織提供決策支持。通過對中國知網(CNKI)和Web of Science關于森林火災風險評估的文獻匯總、整理和歸納分析，以比較、評價森林火災風險性評估方法。森林火災風險性評估方法對當前的森林防火措施改進和提高具有重要參考價值。

1 森林火災風險性評估方法

森林火災風險性評估是依據可能發生森林火災區域因子之間的關聯性，做出合理、科學的評價，最終對森林火災的可能性及危害性進行研究，從而完成對森林火災風險性的評估[9]。森林火災風險評估不僅是評估森林火災潛在發生與蔓延風險，而且是對森林火災潛在危害的綜合評估[10]。森林火災風險評估與火災隨機性具有聯系，可對完善森林火災雙重性規律起到重要作用。同時，可依據森林火災風險性評估進行森林防火規劃和風險區劃[11]。通過風險評估確定森林火災高風險地點并估計其影響范圍，為消防組織提供決策支持[12]。

2 現行主要森林火災風險性評估方法比較

目前，國內外采用的森林火災風險評估方法可概括為基于信息擴散理論的評估、基于通用風險評估模型的評估、基于林火預報的評估、基于林火蔓延模型的評估和基于GIS、RS的評估。不同森林火災風險評估方法的優缺點具體見表1。

分析表1結果可知，小尺度范圍評估方法在分析精確方面存在一定誤差，無法對大樣本進行分析，適合分析數據少、不易整理和統計的小樣本事件；中尺度范圍評估方法受影響因素較多，如濕度、風、降水、可燃物等；而大尺度范圍評估方法解決了數據獲取、分析和精準度等方面的問題，可以完成林火監測、預測、輔助決策、信息發布等功能，從而成為主流分析方法。

2.1 基于信息擴散理論的評估

信息擴散理論是為信息不足樣本進行優化的一種對樣本進行集值化的模糊數學處理方法[14]。該方法可在不完備信息條件下進行優化處理，其優勢在于能夠進行小樣本風險評估，不需要額外的參數估計，避免了放大誤差的不足，適用于火災風險分析。基于信息擴散理論的風險評估方法適用于目前森林火災數據較少、信息量不足等小樣本事件[15]。

周雪等[15]基于信息擴散理論，對中國森林火災風險進行了評估，得出全國森林火災總次數在不斷變化，且指標重大森林火災次數與在總次數中比例波動幅度及頻率較為一致。金旭等[16]通過信息擴散理論對福建省森林火災風險進行了評估，得出森林火災受害面積相對分散，且近年來福建省森林火災有明顯增加趨勢。目前此方法也是在可用災情統計數據少，且不易整理和統計等現實情況下相對適用的災害風險分析方法[17]。

2.2 基于通用風險評估模型的評估

通用風險評估模型適用于各種場景的風險評估。如層次分析法、灰色模糊綜合評價法等。?oban等[12]基于層次分析法為土耳其布卡克森林計算風險，結合GIS確定并繪制了布卡克一級火災敏感的地中海森林生態系統的火災危險區。Tong等[18]利用加權綜合評分法和層次分析法在自然災害風險模型的基礎上對吉林省西部草原火災風險進行評估。高明等[19]基于層次分析法，通過森林火災危險性、易損性和防災減災能力等，對森林火災的氣象風險進行了評估研究。楊建華等[20]根據風險評價過程中某些影響因素的不確定性、模糊性和評價信息不完全、不充分等特點，利用灰色模糊理論對大興安嶺某片森林進行綜合評價。

森林火災風險評估是一項艱巨的任務，因為森林火災是一個復雜的事件，受眾多環境和人為因素及其相互作用的影響，且影響因素具有不確定性、模糊性和評價信息不完全、不充分等特點。因此，為保證評估結果的真實性和可靠性，需對數據的采集和處理方法采取進一步的修正和完善。而通用風險評估模型適用性高，可用于森林火災風險評估。

2.3 基于林火預報的評估

林火預報是綜合氣象要素、地形、可燃物相關特征和火源等，對森林可燃物的燃燒危險性進行分析預測，林火預報的準確性受天氣預報的直接影響。林火預測預報一般可分為3種：火險天氣預報、林火發生預報和林火行為預報[21]。可通過林火預報研究出適用于不同省、分區和各地、縣的森林火災趨勢模型；利用模型進行評估，為森林防火資金投入、設施建設、組織建設等決策服務，將森林防火工作從盲目性中解放出來[22]。

目前我國使用的多為火險天氣預報，逐漸向林火發生和林火行為預報方向發展，并開始研制全國性的林火預報系統。國內外林火預報方法概括起來有經驗法、物理法、數學法、野外實驗法和室內測定法等[21]。

2.4 基于林火蔓延模型的評估

林火蔓延數學模型在1946年由W. R. Fons首先提出，隨著時間的推移，世界上許多國家都提出了自己的林火蔓延模型[25]，主要有美國的羅森邁爾模型、澳大利亞的麥克阿瑟模型、加拿大的勞森和斯托克斯模型、歐洲的普羅米修斯模型、中國的王正非林火蔓延模型等，以及在這些模型基礎上的修正模型[26]。

林火蔓延模型通過相關數學處理，得出林火行為與各種影響因素間的定量關系式。可利用關系式去評估將要發生或正在發生的林火行為，為滅火及日常林火管理提供依據[27]。目前使用較多的有Behaveplus、Farsite、Firefamilyplus、Landis等林火蔓延模型。

2.5 基于GIS、RS的評估

采用GIS、RS收集信息，處理和分析具有結構和功能組件的空間數據，以確定研究區域的火災危險區域，支持空間決策過程[28]。盡管其通常用于檢查空間數據的學科，但許多林業部門的用戶更喜歡，GIS的交互結構是關于森林火災危險區識別的一個強大來源[29]。Bulgarian等[30]將GIS用于分析森林火災風險，并結合不同的致災因子創建各種主題地圖，并通過GIS將保加利亞森林地區森林火災風險的圖形和非圖形數據可視化。

國內外關于遙感估計火災風險的大多數文獻均基于NDVI(歸一化植被指數)的使用，NDVI值在特定區域的減小已被認為是植被壓力的指標，并且與高火災風險有關[31]。林志強等[32]通過GIS與NDVI等植被因子相結合，將西藏地區森林火險風險區劃分以獲取森林火險的動態變化情況。European Assoc Remote Sensing Labs[33]通過RS和GIS來評估土耳其安塔利亞市附近森林火災前后的情況并形成火災風險圖，根據NDVI比較火災前后的分類圖像。Wenliang Liu等[34]通過RS和GIS技術提取大量的高時空分辨率數據，以遙感數據中檢索到的NDVI作為評估大興安嶺森林火災風險等級的一個因素進行森林火災風險評估。

3 結論與展望

在森林火災風險評估過程中，每種評估模型均有其自身的特點和適用范圍，面對不同的森林火災類型和起火原因，沒有一種評估方法是完全適用的。森林火災會阻礙地區可持續經濟及環境發展，因此，進行森林火災風險評估具有重要的現實意義和科學價值。結合我國森林火災特點，立足于森林資源基礎，森林火災風險評估方法有利于開展全國性的森林可燃物普查，從而更科學、合理地劃分森林火險，突出重點，集中力量，實現預防為主的目標。

隨著科學技術的發展，很多系統都應用了先進的通信工具、遙感設備和現代理論，尤其是GIS、RS的概念和技術的引入，使得在空間數據的處理和分析方面又有了長足的進展。解決了目前森林火災數據較少、信息量不足等問題，使森林火災風險評估更加精確化、動態化。以GIS、RS為主，其他一種或者幾種方法為輔，綜合評估、長期評估、聯合評估以及定量精準評價，結果更具科學性和實用性，將是未來研究的重點和方向。研究多種森林影響因子與森林火災風險之間的關系，如NDVI、森林可燃物等。在此基礎上，結合學科交叉，學科融合，探尋更多的綜合評估方法進行森林火災風險性評估，對森林火災風險進行區域劃分，為森林火災防治政策及采取相應技術措施提供借鑒和決策參考。