陜西省森林火災時空特征及周末、節(jié)假日效應研究

沈姣姣，李 茜，張宏芳，黨超琪，張 曦，楊 楠

(1.陜西省氣象服務中心，西安 710014；2.陜西省氣象局秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點實驗室，西安 710016；3.陜西省氣候中心，西安 710014)

森林火災具有突發(fā)性強、破壞性大、處置困難等特點，是當今國際上較為嚴重的自然災害和公共危機事件之一[1]，也是被林業(yè)系統(tǒng)唯一列入國家十三個重大公共安全災害，并進入國家級應急預警預案的災種之一[2]。陜西省森林資源豐富，截至2021年，全省森林覆蓋率達到45%以上(來自國家林業(yè)和草原局政府網，http://www.forestry.gov.cn/main/5384/20220614/164158877546347.html)。陜西南部的秦嶺林區(qū)不僅是“國家中央森林公園”，也是我國“十八個生物多樣性關鍵地區(qū)之一”。陜西屬于森林火災頻發(fā)地區(qū)，省內自然保護區(qū)和森林公園眾多，林區(qū)防火基礎設施老舊，火險火情難以及時發(fā)現(xiàn)和撲救，給當地造成了惡劣的生態(tài)影響和嚴重的經濟損失。2012年起，陜西省氣象局和陜西省林業(yè)廳密切合作，建立了一大批森林火險監(jiān)測站，增強了森林火災預警能力，在一定程度上遏制了森林火災的發(fā)生，對保障森林資源和生態(tài)環(huán)境安全具有重大的意義。

有研究[3]表明，人類頻繁活動是造成森林火災的主要原因之一。隨著旅游經濟的發(fā)展，進山旅游人員逐年增多，野外火源點多、面廣，引發(fā)森林火災的人為火源大量存在，大大增加了森林火災隱患。據不完全統(tǒng)計[4]，20世紀90年代太白山共發(fā)生荒火和林火21起，全部由人為火源引起，因此在春節(jié)、清明、五一、十一等非常時期，嚴防火源進入林區(qū)，防止森林火災的發(fā)生。那么這些“非常時期”的森林火災是否有規(guī)律性特點呢？

“周末效應”最初是由Cross研究股票收益的周內異常波動規(guī)律時提出的，隨著研究領域的拓展，這一概念逐漸被引用到多個領域。現(xiàn)有研究指出，某些城市氣象站的氣象要素，如氣溫[5]和降水頻率[6]等出現(xiàn)顯著的周循環(huán)特征，也有研究表明，城市污染物，如PM2.5[7]、臭氧[8]、黑炭氣溶膠[9]、霧霾[10]等也表現(xiàn)出明顯的周末效應；因此有不少學者推斷人們規(guī)律性的生活方式可能是導致產生這種周期變化的原因[5]。本文以“周末效應”和“節(jié)假日效應”表征森林火災的人為干擾程度，對陜西森林火災發(fā)展規(guī)律進行分析。該研究結果不僅對陜西省森林火災的預防有重大的現(xiàn)實意義，也可為地方政府開展森林火災災害防治和應急管理工作、保障社會經濟可持續(xù)發(fā)展提供科學決策依據。

1 研究區(qū)概況

陜西省地處我國西北內陸的中緯度地區(qū)，從北到南可以分為陜北高原、關中平原、秦巴山地三個地貌區(qū)，作為中國南北氣候分界線的秦嶺山脈橫貫全省東西。陜北黃土高原海拔800～1 300 m，約占全省總面積45%，大部屬暖溫帶氣候，年平均氣溫7～11 ℃，降水量為300～600 mm，包括榆林和延安。關中平原平均海拔520 m，約占全省總面積19%，屬暖溫帶氣候，年平均氣溫11～14 ℃，降水量500～700 mm，包括寶雞、咸陽、銅川、西安和渭南。秦巴山地包括秦嶺、巴山和漢江谷地，約占全省總面積36%，屬北亞熱帶氣候，年平均氣溫13～16 ℃，降水量700～1 200 mm，包括漢中、安康和商洛。由于自然、社會、火源管理等方面的問題，陜西森林火災發(fā)生比較頻繁，火災造成的損失嚴重，森林防火工作十分艱巨。

2 數據與方法

2.1 數據來源

陜西省森林火災數據包括火災次數和受害森林面積，火災數據為陜西省森林防火指揮部辦公室提供的1977—2015年陜西省逐年森林火災數據和2010—2015年逐日森林火災數據。

2.2 周末效應和節(jié)假日效應

在忙碌工作之余，人們多選擇在周末或小長假進山踏青、納涼、賞景等，產生明顯與平時不一樣的人類活動，戶外活動呈階段性密集增多，尤其清明節(jié)因祭祀等原因，一直以來都是森林火災發(fā)生的高風險時段，增加了林區(qū)人為用火的管理難度。參考文獻[11]，界定周末效應和節(jié)假日效應W=C1-C2，周末效應指數和節(jié)假日效應指數P=(C1-C2)/C2×100%，其中C1指周末/節(jié)假日森林火災次數，C2指工作日/非節(jié)假日森林火災次數。將周末/節(jié)假日火災次數大于工作日/非節(jié)假日火災次數稱為正周末效應/正節(jié)假日效應，周末/節(jié)假日火災次數小于工作日/非節(jié)假日火災次數稱為負周末效應/負節(jié)假日效應。剔除法定節(jié)假日后，將2010—2015年森林火災資料分為工作日和周末兩種類型進行統(tǒng)計，工作日為周一到周五，周末為周六和周日，以此來考察陜西省和10地市森林火災是否存在“周末效應”。同時將春節(jié)(當天及前后各10 d)、植樹節(jié)(當天及前后各5 d)、清明節(jié)(當天及前后各5 d)、五一和十一作為考察森林火災“節(jié)假日效應”存在與否的重點時段。需要指出的是，下文中提到的10地市是指所在地城市和其下轄的縣市。

3 結果與分析

3.1 森林火災時空分布特征

3.1.1 空間分布特征 從圖1可以看出，1990—2015年陜西省共發(fā)生森林火災1 784次，受害森林面積22 619.0 hm2。陜南地區(qū)火災次數達813次，占全省總次數的45.6%；受害森林面積9 863.3 hm2，占全省受害森林面積的43.6%。陜南地區(qū)尤其是中東部的安康和商洛，是陜西省內森林火災較嚴重的地區(qū)。該地森林火災頻發(fā)的原因可能有以下兩方面：一是與陜南特殊的地理位置有關。陜南地處秦嶺腹地，樹林種類豐富，隨著近年旅游人數增多，人為活動對森林原始植被造成了干擾，野炊、吸煙等活動大大增加了森林火災發(fā)生的風險。另一方面原因可能在于陜西省現(xiàn)有的原始森林多集中在秦嶺、巴山等高寒偏遠山區(qū)，人少、交通不便，加上大量農村勞動力向城市轉移，留守人員中老、弱、病、殘人員比例提高，對火災防控能力下降，一旦發(fā)生森林火災，撲救不及時容易釀成森林大火。

與陜南相比，關中的銅川、西安、咸陽、渭南等地森林火災發(fā)生次數和受害森林面積相對較少。1990—2015年陜北延安地區(qū)共發(fā)生森林火災127次，低于全省平均森林火災次數(179次)，但是火災面積(4 296.95 hm2)遠高于全省平均火災面積(2 261.90 hm2)，平均火災受害率(即火災面積/火災次數)在10地市中居于首位，達到33.8 hm2/次，遠高于其余地市的平均火災受害率(10.7 hm2/次)。這可能是因為陜北地區(qū)雨水稀少、氣候干燥，加上近些年退耕還林，林草覆蓋面積迅速增加，稍有火源極易引發(fā)火勢大規(guī)模蔓延。

3.1.2 時間分布特征 從圖2可以看出，1977—2015年陜西省森林火災次數和受害森林面積出現(xiàn)明顯減少趨勢，尤其是1989年之后森林火災次數顯著減少并趨于穩(wěn)定，1989—2015年平均為72.3次/a，受害森林面積達到335.0 hm2/a；而1977—1988年平均為246次/a，受害森林面積為2 338.4 hm2/a。整體看來，20世紀70年代至80年代是陜西省森林火災頻發(fā)期，火災次數多，受災面積廣，給當地森林資源造成了嚴重損失；90年代后森林火災次數顯著減少且基本趨于穩(wěn)定，受災面積也相應減少，這與全國森林火災受害面積變化趨勢基本一致[12]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，陜西省森林火災嚴重的年份集中在1978年和1987年，這與全國森林火災次數和受害森林面積出現(xiàn)高值的時段吻合[13]。

陜西省森林火災具有明顯的季節(jié)性特征，春季森林火災最頻繁，2010—2015年達到69.3次/a；冬季次之，為21.3次/a；秋季和夏季森林火災相對較少，分別為3.2次/a和0.5次/a。這種季節(jié)分布特征可能與季節(jié)性的氣溫、風速、降雨變化和規(guī)律的人類活動等因素有關。陜西屬大陸性季風氣候，冬季受蒙古冷高壓控制，盛行干燥強盛的偏北風，樹木和地表物含水量較低，極易引燃；春季為過渡季節(jié)，積雪融化，萬物吐新，踏青休閑活動逐漸增多，星星之火往往會造成嚴重的森林火災。因此冬春季成為一年中森林火災高發(fā)時段。陜西夏季盛行暖濕的西南氣流，雨水充沛，植株含水量增加，地表物濕度增加，森林火災發(fā)生概率減少。即使發(fā)生火災，如果撲救及時，火勢也容易控制。

3.2 森林火災周末效應及其變化規(guī)律

3.2.1 森林火災周末效應 從陜西省2010—2015年周末與工作日森林火災發(fā)生情況的對比(表1)來看，除了2015年陜西省森林火災次數出現(xiàn)負周末效應外，2010—2014年森林火災次數均表現(xiàn)出正周末效應，其中2010年和2013年正周末效應達到6.0次/d和8.7次/d。

表1 2010—2015年陜西省逐年周末與工作日森林火災次數統(tǒng)計

對陜西省10地市周末與工作日的森林火災次數進行統(tǒng)計(表2)，發(fā)現(xiàn)在陜西省10地市中，除了延安地區(qū)不存在明顯周末效應，西安和漢中地區(qū)森林火災存在弱的負周末效應外，其余7個地市均存在正周末效應，尤其是榆林和商洛地區(qū)的正周末效應最明顯，分別達到1.8次/d和1.4次/d，說明榆林和商洛地區(qū)周末發(fā)生火災的次數明顯高于工作日。值得注意的是，榆林和商洛地區(qū)森林火災次數的周末效應指數并非最大。研究發(fā)現(xiàn)，渭南、銅川和咸陽地區(qū)的周末效應指數最大，分別達到280%、150%和150%。相對于榆林和商洛，雖然渭南、銅川和咸陽地區(qū)周末發(fā)生火災次數較少，但是這3個地市周末火災次數發(fā)生概率要遠遠高于周內。所以在日常森林防火工作中，除了對森林火災易發(fā)、頻發(fā)地區(qū)進行重點監(jiān)督預防外，對周內火災發(fā)生概率小，但周末可能激增的地區(qū)也不可掉以輕心，應更加關注渭南、銅川和咸陽的火災，以防麻痹大意引起重大森林火災。

表2 2010—2015年陜西省10地市周末與工作日森林火災次數統(tǒng)計

3.2.2 森林火災周末效應的季節(jié)變化 對不同季節(jié)陜西省森林火災周內和周末次數進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不論是周內還是周末，陜西省春季森林火災發(fā)生次數最多，其次為冬季和秋季，夏季最少。進一步從各季節(jié)森林火災次數的周末效應分布來看，春季周末效應(8.6次/d)最大，秋季(7.4次/d)和夏季(3.0次/d)次之，冬季僅存在極弱的周末效應(0.2次/d)，可見，春季不論周內還是周末，森林火災發(fā)生概率均較大，且周末發(fā)生概率大于周內。這種現(xiàn)象也從側面證明了森林火災的發(fā)生除了與春季干燥的自然氣候條件有關外，還可能與周末進山踏青游客增多會人為引發(fā)森林火災有關。而夏季和秋季森林火災多數情況下發(fā)生在周末，也從側面說明夏秋季氣候濕潤，自然情況下森林火災發(fā)生風險較小，更可能與人為活動引發(fā)有關。冬季氣候干燥，植株干枯，地表覆蓋大量枯葉，客觀上極易引發(fā)大規(guī)模森林火災，但是此時天寒地凍，進山游客明顯減少，所以綜合氣候和人為兩方面因素，冬季周內和周末火災發(fā)生次數均較低，周末效應也極弱。

3.2.3 森林火災周末效應的空間分布 對陜西省10地市森林火災次數的周內和周末分布情況進行統(tǒng)計(圖3)，結果發(fā)現(xiàn)除了漢中和西安外，陜西省其余8地市周末發(fā)生森林火災的次數均高于周內，即均存在“正周末效應”。對不同城市不同季節(jié)森林火災的周末效應進行比較(圖4)，結果發(fā)現(xiàn)陜西省大部分地區(qū)的森林火災周末效應在一年中的不同季節(jié)均有所體現(xiàn)。除漢中外，大部分地區(qū)在春季均表現(xiàn)出正周末效應，尤其是榆林、銅川、寶雞和商洛表現(xiàn)出較強的正周末效應。在夏季，僅榆林、咸陽、西安和商洛表現(xiàn)出弱的正周末效應，延安、銅川、渭南、漢中和安康并未表現(xiàn)出周末效應。在秋季，榆林、安康和商洛表現(xiàn)出明顯的正周末效應，寶雞和渭南正周末效應略弱。在冬季，不同城市森林火災周末效應有正有負，有較大不確定性。

3.2.4 森林火災周內變化特征 圖5表示2010—2015年逐年周一到周日陜西省森林火災次數在周循環(huán)中的距平分布。分析發(fā)現(xiàn)，除2015年外，2010年、2011年、2012年、2013年和2014年陜西省森林火災次數在周末均表現(xiàn)出正距平，即周末森林火災次數比周內多。從逐日變化來看，除了2012年和2015年外，2010年、2011年、2013年和2014年周三和周四均呈現(xiàn)負距平，即周三和周四發(fā)生森林火險的概率低于每周的平均水平。此外，除了2011年和2013年外，2010年、2012年、2014年和2015年周一和周二也呈現(xiàn)負距平，即周一和周二發(fā)生森林火險的概率也低于周平均水平。從周五來看，2010年、2014年和2015年表現(xiàn)出正距平，2011年、2012年和2013年表現(xiàn)出負距平，周五森林火災的發(fā)生有很大的不確定性。總的來說，陜西省周內森林火災少發(fā)可能與工作日人們基本都在上班，很少外出進山活動，因而對森林干預較少有關。

3.3 森林火災節(jié)假日效應

研究中發(fā)現(xiàn)陜西省森林火災除了表現(xiàn)出“周末效應”外，在節(jié)假日尤其是清明節(jié)、植樹節(jié)、春節(jié)等前后森林火災次數也會明顯增加。為進一步驗證陜西省森林火災是否存在與“周末效應”相類似的“節(jié)假日效應”，選取2010—2015年春節(jié)、清明節(jié)、植樹節(jié)、五一和十一作為研究對象，對森林火災在節(jié)假日和全年的差異進行對比分析(表3)，結果發(fā)現(xiàn)五一和十一期間陜西發(fā)生森林火災的次數幾乎為0，節(jié)假日效應幾乎不存在。春節(jié)、清明節(jié)和植樹節(jié)前后均存在正節(jié)假日效應，且節(jié)假日效應為植樹節(jié)(1.3次/d)>清明節(jié)(1.1次/d)>春節(jié)(0.8次/d)，因此在以后的森林防火工作中，除了關注清明節(jié)和春節(jié)前后外，還應嚴防植樹節(jié)前后發(fā)生森林火災的風險。

表3 2010—2015年節(jié)假日森林火災次數和節(jié)假日效應 單位：次/d

4 結論與討論

(1)20世紀70年代至80年代是陜西省森林火災頻發(fā)期，火災次數多，受災面積廣；90年代后期森林火災顯著減少且基本趨于穩(wěn)定，尤其是重大特大森林火災明顯減少，受災面積相應也減少。1990—2015年陜南森林火災次數和受害森林面積幾乎占全省的一半，陜北延安地區(qū)火災受害率(即火災面積/火災次數)在10地市中居于首位，遠高于其余地區(qū)。關中的銅川、西安、咸陽、渭南森林火災發(fā)生概率相對較低，受害森林相對較少。

(2)陜西省森林火災春季最頻繁，其次為冬季，秋季和夏季較少。除延安不存在明顯周末效應，西安和漢中地區(qū)存在弱負周末效應外，其余7地市均存在正周末效應，其中榆林和商洛地區(qū)的正周末效應最明顯。春季不論周內還是周末，森林火災發(fā)生概率均較大，且周末發(fā)生概率大于周內，夏季和秋季森林火災多數情況下發(fā)生在周末，冬季周內和周末火災發(fā)生次數均較低。

(3)從森林火災次數周內分布來看，2010年、2011年、2013年和2014年周三和周四均呈現(xiàn)負距平，2010年、2012年、2014年和2015年周一和周二也呈現(xiàn)負距平，周五森林火災的發(fā)生有很大的不確定性，2010年、2014年和2015年表現(xiàn)出正距平，2011年、2012年和2013年表現(xiàn)出負距平。除五一和十一外，春節(jié)、清明節(jié)和植樹節(jié)前后森林火災均存在正節(jié)假日效應，且節(jié)假日效應大小為植樹節(jié)>清明節(jié)>春節(jié)。

(4)森林火災的發(fā)生發(fā)展除了受到氣象因素和人為因素的影響，還與植被類型、地形地勢、撲救水平等因素有關。由于資料限制，本研究僅分析了人為活動對森林火險的干擾程度，建議在掌握森林火災時空特征和周末、節(jié)假日效應的的基礎上，加大林火管理宣傳力度和森林火險監(jiān)測，同時進一步結合植被、地形等數據信息，對森林火險預報預警模型進一步完善。