綿陽市森林草原火險氣象等級預報研究與軟件開發

孫自川，張青艷,鄒鳳亮

1.四川省平武縣氣象局；2.綿陽市氣象局；3.四川省綿陽市農業科學研究院

四川省綿陽市安縣雎水鎮到江油馬角壩鎮一線以北屬龍門山山地區；東南部鹽亭縣、梓潼縣屬盆北低山區；西南三臺縣、涪城區、游仙區等屬盆中丘陵區，森林資源豐富，2020年森林資源覆蓋率達到55.8%。根據2013-2021年中國統計年鑒，近幾年森林火災頻發（表1），不僅造成了經濟損失，還有人員傷亡[1]；森林火災與氣象條件密切相關，因此正確預報森林火災發生概率對綿陽市減少森林火災和保護森林資源具有現實意義。

表1 2013-2020年中國森林火災情況

國外從20世紀20年代僅以單一氣象要素對森林火險氣象等級進行預報[2]，到20世紀80年代綜合考慮多種氣象要素，利用計算機制作森林火險氣象等級預報[3]，為我國1998年研制國家森林火險氣象指數提供了理論支持。[4]根據知網統計信息，隨著國家對森林火災的重視，進入21世紀開始與森林火災氣象相關的研究明顯增加。近幾年各省根據本地氣候研發森林火險等級預報較多[5-8]，但利用分辨率高的精細化預報資料進行市級森林火險氣象預報研究較少。因此本文采用《GB/T 367-2018》森林火險氣象指數計算方法，結合綿陽市當地氣候特點，研發森林火險等級預報程序并開展業務化運行。

一、資料與方法

（一）資料來源

綿陽市預報和實況資料、中國地面累年日值數據表(1981-2010)來源于氣象大數據云平臺*天擎，包括實況和預報產品的最小相對濕度、日降水量、日最高溫度、日最大10m UV風；中國地面累年日值數據表(1981-2010)。

綿陽市的空間矢量數據集采用1:25萬中國空間矢量數據集，數據來源于中國四川省信息中心。

（二）研究方法

1.氣候數據準備

（1）有無降水判斷

判斷有無降水時，根據本地氣候特征，對不同季節進行了相應的調整，由于降水量數據是取小數點后一位，用預報格點日降水值與實際格點日降水值比較，取0.1作為基本單位進行比較（比如預報格點有一萬個，取值0.1分割有無降水，得到一個檢驗值，然后取0.2分割有無降水，再得到一個檢驗值，依次類推，如果0.2的檢驗值最高，那么就采用0.2進行分割）。

比較每天的0.1mm、0.2mm、0.3mm的檢驗值，根據上述檢驗結果，確定判斷當日有無降水的最小單位分別為：12月-2月＜0.1mm，3-4月和11月＜0.2mm，其余時段＜0.3mm，由此判定當日有無降水。

（2）有無降水日數判斷

根據《氣象干旱等級》（GB/T 20481-2017）,首先從氣象數據統一服務接口-地面數據-中國地面累年日值數據表(1981-2010)下載綿陽市各縣逐日溫度和降水資料，采用Thornthwaite方法計算潛在蒸散量，帶入相對濕潤度指數計算公式，按照氣象干旱綜合指數計算方法求得綿陽市各縣逐日氣象干旱綜合指數（MCI），為森林火險氣象指數中f(M)的判斷提供依據。

MCI=Ka×（a×SPIW60+b×MI 30+C×SPI90+d×SPI150）

式中：MI30-近30天相對濕潤度指數；SPI90-近90天標準化降水指數；SPI150-近150天標準化降水指數；SPIW60-近60天標準化權重降水指數；a-SPIW60的權重系數；b-MI30的權重系數；c-SPI90的權重系數；d-SPI150的權重系數；Ka-為季節調節系數，取值方法參見附錄H；

根據歷年資料求得的綿陽市大部分時間氣象干旱綜合指數MCI＞-0.5，因此確定綿陽市為氣候特征為無旱。

2.數據處理

（1）氣象要素計算

依據日最小相對濕度、日最高氣溫計算過去18天實況數據和未來2天預報數據的平均值；因為氣溫格點數據是華氏攝氏度，要將各個格點減去273.15，得到攝氏溫度。

連續無降水日數是對24小時累計降水量的過去18天實況數據和未來2天預報數據逐日判斷（例如4月19日預報4月20日，那么就要從4月20日開始，往前計算19天，含4月20日，總共就是20天，得到從4月20日開始的逆序的連續無降水日數，有降水就結束計算）。

采用過去18天日最大10m UV風實況資料，再加上未來2天WIU10、WIV10分量求得（v=√（WIU102+WIV102））的預報風速值，兩者求平均，最后得到V。

（2）森林火險氣象指數計算

將各氣象要素計算值帶入國家標準《森林火險氣象等級》（GB/T 36743-2018）中的各氣象要素查對表，得到各氣象要素函數值，然后根據森林火險氣象指數（FFDI）計算公式，得出森林火險氣象指數值。

FFDI=(f(V)+f(T)+f(rRH)+f(M))×Cr×Cs

式中：

Cr-降水量修正系數；Cs-降雪修正系數；f(V)- 日最大風速函數值；f(T)-日最高氣溫函數值；f(rRH)-日最小相對濕度函數值；f(M)-連續無降水日數函數值。氣象因子及其函數值詳見表2。

表2 氣象因子及其函數查對表

根據《森林火險氣象等級》（GB/T 36743-2018），將森林火險氣象等級分為5個等級；規定FFDI相對應的預報服務用語見表3。

表3 森林火險氣象等級劃分描述

3.制圖

最后，根據《氣象預報服務產品色標標準》（QX/T 180-2013），確定不同森林火險等級色標，采用中國四川省信息中心的1:25萬中國空間矢量數據集，提取綿陽市的空間矢量數據集，再結合計算得到的森林火險氣象指數格點值，繪制出綿陽市森林火險氣象等級圖。

二、成果

每天11時10分自動提取本地預報和實況格點數據庫中， 當天11時自動下載的無降水日數、日最小相對濕度、日最高氣溫、日最大風速數據庫，采用《森林火險氣象等級》（GB/T 36743-2018）得出綿陽市森林火險氣象指數預報格點圖（圖1）。并上傳到數據展示庫。

圖1 綿陽市森林火險氣象指數預報圖

三、結論

（一）結論

每天制作未來24h綿陽市各區縣森林火險氣象指數預報圖，在半年的運行中，未出現任何問題，創新性的利用精細化預報和實況格點資料；實現了森林火險預報從主觀預報到客觀預報的突破；每天客觀的森林火險氣象等級預報圖，讓預報員能夠直觀地看到綿陽市各個區縣各個位置的森林火險氣象等級，為森林火險預報提供更加精細化的服務。

（二）討論

與前人研究相比[9-10]，本研究采用18天實況和2天預報的日最大風速、日最高氣溫、日最小相對濕度代替14時的風速、氣溫、相對濕度，一方面，森林火災多發生在一日內氣溫偏高、濕度偏小、風速較大的時段，因此本研究采用上述氣象因子；另一方面，長期的氣溫偏高或者空氣干燥，森林物質才易引起自燃，從而導致火災發生，因此利用18天的實況和2天預報的上述氣候因子進行預報。