杜　帥，單延龍，尹賽男，彭　瑤，張　浩，劉金鑫，高文雙

(北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林　132013)

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加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在通化市的應(yīng)用

杜帥，單延龍，尹賽男，彭瑤，張浩，劉金鑫，高文雙

(北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林132013)

摘要：針對(duì)通化市林火特點(diǎn)，引入加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)，利用通化市1996—2010年氣象資料和森林火災(zāi)數(shù)據(jù)，研究林火天氣指標(biāo)與林火的相關(guān)性，并劃分森林火險(xiǎn)等級(jí).結(jié)果表明：除了干旱碼(DC)外，林火次數(shù)與其他林火天氣指標(biāo)極顯著相關(guān)；受害森林面積、火場(chǎng)總面積與林火天氣指數(shù)(FWI)、初始蔓延指標(biāo)(ISI)極顯著相關(guān)，與細(xì)小可燃物濕度碼(FFMC)雖然沒有達(dá)到極顯著相關(guān)，但顯著度與0.01水平很接近，因此可以證明加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)適合通化市進(jìn)行林火天氣預(yù)報(bào).按照極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則和幾何方法劃分了森林火險(xiǎn)級(jí)別.4級(jí)火險(xiǎn)天氣下林火頻率、火場(chǎng)面積比例、受害森林面積比例最大，森林火災(zāi)發(fā)生近似于正態(tài)分布，因此此種等級(jí)劃分方法比較適合通化市，但需要更多的森林火災(zāi)資料加以驗(yàn)證.

關(guān)鍵詞：加拿大；林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)；森林火險(xiǎn)等級(jí)；通化市

【引用格式】杜帥，單延龍，尹賽男，等.加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在通化市的應(yīng)用[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，17(2)：176-180.

我國(guó)森林火災(zāi)嚴(yán)重，林火管理水平還相對(duì)落后，森林火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)更為落后.隨著我國(guó)人工林和保護(hù)面積的不斷增大，急需提高當(dāng)前的森林火災(zāi)管理水平和森林防火人員的素質(zhì)，提高森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力成為當(dāng)務(wù)之急.因此，有必要引入國(guó)外的系統(tǒng).目前，加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)是世界上被廣泛應(yīng)用的火險(xiǎn)系統(tǒng)之一[1].加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)是在大量點(diǎn)火試驗(yàn)和天氣資料的基礎(chǔ)上，從可燃物含水率平衡理論出發(fā)，通過一系列推導(dǎo)、計(jì)算，每天只需要測(cè)定其溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量等氣象因子就可以依據(jù)林火天氣指標(biāo)(FWI)來進(jìn)行火險(xiǎn)預(yù)報(bào)[2-3].加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)大興安嶺地區(qū)、西南地區(qū)和吉林省進(jìn)行了應(yīng)用，能夠很好地評(píng)估火險(xiǎn)[4-7].但未見小范圍使用，如在一個(gè)地級(jí)市.通化市是吉林省重點(diǎn)森林火險(xiǎn)區(qū)，本文使用通化市每日氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)計(jì)算火險(xiǎn)指數(shù)，并用該市林火數(shù)據(jù)評(píng)估加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在通化市的適用性.

1研究區(qū)自然概況

通化市位于吉林省東南部，地理位置為N 40°13′～43°01′，E 125°15′～126°41′.東鄰白山市的八道江區(qū)及靖宇縣，東南隔鴨綠江與朝鮮民主主義人民共和國(guó)相望，西接遼寧省清源、新賓、桓仁縣，西北與樺甸、磐石、東豐縣為鄰，是吉林省距出海口最近的城市[8].通化市三分之二以上面積為山區(qū)，屬長(zhǎng)白山系.南部是鴨綠江與渾江之間的老嶺山區(qū)，中部是渾江與輝發(fā)河之間的龍崗山脈，北部為低山丘陵區(qū)，是山地和平原的過渡地帶.

通化市屬中溫帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫5.5 ℃，四季氣候變化分明.1月份平均氣溫最低，常年平均在-14 ℃左右，7月份平均氣溫最高在22 ℃左右，年平均降水量在870 mm左右，主要集中在夏季，6—8月3個(gè)月的降水量占年總降水量的60%以上，年日照時(shí)間2 200 h.森林植物種類豐富，主要喬木樹種有蒙古櫟(Quercusmongolica)、長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、紅皮云杉(Piceakoraiensis)等.本文主要研究通化市的東昌區(qū)、二道江區(qū)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū).

2研究方法

2.1林火天氣指標(biāo)(FWI)的求算

加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)流程見圖1.

細(xì)小可燃物濕度碼FFMC：代表細(xì)小可燃物的可燃性和易燃性的一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的指標(biāo)；半腐層濕度碼DMC：可表明中等下層落葉層和中型木質(zhì)物質(zhì)的燃料消耗；干旱碼DC：是一個(gè)計(jì)算長(zhǎng)期干旱對(duì)森林可燃物影響的簡(jiǎn)單指數(shù)；累積指數(shù)BUI：由DMC和DC計(jì)算得到，是一個(gè)無單位指數(shù)，相對(duì)代表了森林可燃物潛在燃燒的量；初始蔓延指標(biāo)ISI：由FFMC和風(fēng)速計(jì)算得到，代表了火災(zāi)蔓延的潛在等級(jí)；林火天氣指數(shù)FWI：由ISI和BUI計(jì)算得到，是一個(gè)地區(qū)的林火天氣條件與可燃物含水率相結(jié)合的結(jié)果，代表著林火強(qiáng)度[9].但是現(xiàn)在火災(zāi)管理部門依賴FWI系統(tǒng)中更多的指標(biāo)來預(yù)測(cè)火災(zāi)[10].

2.2火險(xiǎn)指標(biāo)與林火的相關(guān)性

通化市氣象站坐標(biāo)為N 41°41′，E 125°54′，海拔402.9 m.在此氣象站中收集日最高氣溫、日最小相對(duì)濕度、日降水量、日最大風(fēng)速，并且收集通化市東昌區(qū)、二道江區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的森林火災(zāi)資料.用Visual Basic語言編程，計(jì)算得出氣象站每日FFMC，DMC，DC，ISI，BUI，F(xiàn)WI值.對(duì)1996—2010年每月的平均火險(xiǎn)指數(shù)與林火進(jìn)行相關(guān)分析，評(píng)估加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在通化市的適用性.

2.3森林火險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則和幾何方法，劃分森林火險(xiǎn)級(jí)別.步驟：確定FWI中的極端火險(xiǎn)級(jí)低值，然后根據(jù)幾何方法劃分其他森林火險(xiǎn)級(jí)別，最后分析森林火險(xiǎn)等級(jí)劃分方法的適用性.具體計(jì)算如下：

利用3%原則確定FWI極端火險(xiǎn)級(jí)的低值，即將數(shù)據(jù)降序排序，用總數(shù)據(jù)數(shù)量×3%，查得FWI為50.83，即S=50.83，輸入

ln(0.289I)=0.980(lnS)1.546[9]，

計(jì)算出I=11 704.538 5，這樣每級(jí)之間的固定比率是11 704.53的5次方根，為6.51，由此得出其他幾級(jí)I，然后輸入

lnS=1.013[ln(0.289I)]0.647[9].

計(jì)算出其他幾級(jí)S的臨界值，從而得到各級(jí)的范圍.

3結(jié)果與分析

3.1通化市林火概況

3.1.1林火的年際變化

通化市15 a間共發(fā)生森林火災(zāi)38次，平均3次/a.由圖2可以看出：通化市森林火災(zāi)高發(fā)期集中于1998、2001—2002、2008—2010年.總體先增長(zhǎng)再下降，最后在2009年達(dá)到次數(shù)最高，為7次.同時(shí)這幾個(gè)時(shí)段森林火災(zāi)過火的總面積也較大，最大的是2008年，為18.66 hm2；2009年雖然森林火災(zāi)次數(shù)最多，但過火總面積為5.13 hm2.受害森林面積較大的年份與過火總面積情況基本相同，受害森林面積最嚴(yán)重的年份是2002年，為5.72 hm2.

3.1.2林火的月變化

由圖3可以看出：通化市森林火災(zāi)的月變化呈現(xiàn)出單波形，森林火災(zāi)次數(shù)較多的月份為春季的4月、5月，分別為25次、9次.過火總面積和受害森林面積也主要集中于這兩個(gè)月，其中最高的是4月，分別為43.26，21.39 hm2.出現(xiàn)春季森林火災(zāi)多的原因是通化市春季氣溫相對(duì)較高、空氣干燥并伴有大風(fēng)；6—8月植物生長(zhǎng)茂盛，植被含水量很大，不易發(fā)生林火；9—11月氣溫相對(duì)較低，降水比較多，所以沒有發(fā)生火災(zāi)；12—2月白天氣溫在0 ℃以下，加上積雪覆蓋，一般不會(huì)發(fā)生林火.

3.1.3林火的日變化

由圖4可以看出：呈現(xiàn)單波形曲線的通化市森林火災(zāi)高發(fā)時(shí)間段為10：00—13：59，這一時(shí)段內(nèi)發(fā)生的森林火災(zāi)次數(shù)為26次，約為全部森林火災(zāi)次數(shù)的68%，其中，12：00—12：59這一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的森林火災(zāi)次數(shù)最多，共9次；與火災(zāi)次數(shù)相同，過火總面積和受害森林面積較大的區(qū)域也集中在10：00—13：59，分別為43.4 hm2和11.9 hm2，分別約為全部面積的85%和47%.呈現(xiàn)這種趨勢(shì)是正常的，因?yàn)橹形缜昂笳翘?yáng)輻射最強(qiáng)的時(shí)候，導(dǎo)致地表溫度上升以及空氣濕度的下降，并且這個(gè)時(shí)間段是人為活動(dòng)最頻繁的時(shí)刻，比較容易引起森林火災(zāi).

3.2火險(xiǎn)指標(biāo)與林火的相關(guān)分析

1996—2010年通化市每月林火與火險(xiǎn)指標(biāo)的相關(guān)分析見表1.由表1可以看出：除了DC外，林火次數(shù)與其他林火天氣指標(biāo)極顯著相關(guān)，受害森林面積、火場(chǎng)總面積與FWI，ISI極顯著相關(guān)；火場(chǎng)總面積、受害森林面積與FFMC雖然沒有達(dá)到極顯著相關(guān)，但P=0.03與0.01水平很近；DMC與林火次數(shù)和過火總面積顯著相關(guān)，而DMC與受害森林面積不相關(guān)，可能由于受害森林面積受森林面積的限制；DC與林火不顯著相關(guān)，因?yàn)镈C表示大的倒木，小溪、濕地的水，還有更深土壤的有機(jī)層的水分狀況，并且DC變化很慢[9].DC與重特大森林火災(zāi)有關(guān)，而通化市沒有重特大森林火災(zāi).1996—2010年，一般森林火災(zāi)占82%，較大森林火災(zāi)占18%；BUI與過火總面積和受害森林面積不顯著相關(guān)，是因?yàn)镈C調(diào)整DMC生成BUI指標(biāo)，并且DC與林火不顯著相關(guān).因此可以證明，加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)適合于通化市進(jìn)行林火天氣等級(jí)預(yù)報(bào).

表1　1996—2010年通化市每月林火與火險(xiǎn)指標(biāo)的相關(guān)分析

注：**表示極顯著相關(guān)(P=0.01)；*表示顯著相關(guān)(P=0.05)

3.3森林火險(xiǎn)等級(jí)劃分

按照極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則，本文找到FWI為50.8作為極端火險(xiǎn)級(jí)的低值，并用幾何方法劃分其他森林火險(xiǎn)級(jí)別.由于第1級(jí)林火次數(shù)、火場(chǎng)面積、受害森林面積值都為0，所以將第1級(jí)與第2級(jí)進(jìn)行合并(表2)；4級(jí)火險(xiǎn)天氣下林火頻率、火場(chǎng)面積比例、受害森林面積比例最大，分別為50.0%，49.9%，61.9%，森林火災(zāi)發(fā)生近似于正態(tài)分布.1～2級(jí)低火險(xiǎn)天氣點(diǎn)著很難，因此才會(huì)有林火頻率、火場(chǎng)面積比例、受害森林面積比例相對(duì)較??；4級(jí)能點(diǎn)著但不受重視，所以比例最大；在5級(jí)高火險(xiǎn)天氣，人們和林火管理部門比較重視，且通化市火源都是人為火，所以發(fā)生率反而下降，但一旦發(fā)生森林火災(zāi)，面積就比較大.因此，此種劃分等級(jí)的方法比較適合通化市，但還需進(jìn)一步驗(yàn)證，因?yàn)楫吘怪挥?8次森林火災(zāi).

表2通化市森林火險(xiǎn)等級(jí)劃分

Tab.2Division of forest fire danger ratings of Tonghua City

4結(jié)論與討論

除DC外，林火次數(shù)與其他林火天氣指標(biāo)極顯著相關(guān)；受害森林面積、火場(chǎng)總面積與FWI，ISI極顯著相關(guān)；火場(chǎng)總面積、受害森林面積與FFMC雖然沒有達(dá)到極顯著相關(guān)，但P=0.03與0.01水平很近；DC與林火不顯著相關(guān)，這因?yàn)镈C與重特大森林火災(zāi)有關(guān)，而通化市沒有重特大森林火災(zāi).因此,可以證明：加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)適合通化市進(jìn)行林火天氣等級(jí)預(yù)報(bào).

按照極端火險(xiǎn)天氣小于3%的原則和幾何方法劃分森林火險(xiǎn)級(jí)別.4級(jí)火險(xiǎn)天氣下林火頻率、火場(chǎng)面積比例、受害森林面積比例最大，森林火災(zāi)發(fā)生近似于正態(tài)分布.這種劃分等級(jí)的方法比較適合通化市，但因?yàn)橹挥?8次森林火災(zāi)，需要更多的森林火災(zāi)資料加以驗(yàn)證，并要與《全國(guó)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，才能將加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)更好地運(yùn)用到通化市林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作中.

參考文獻(xiàn)：

[1] Amiro B D，Logan K A，Wotton B M，etal.Fire weather index system components for large fires in the Canadian boreal forest[J].International Journal of Wildland Fire，2004，13(4)：391-400.

[2] 王會(huì)研，李亮，劉一，等.加拿大火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)在塔河林業(yè)局的適用性[J].東北業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36(11)：45-47.

[3] 楊喜軍.森林防火學(xué)專論[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[4] 金繼中，韓樹庭，周薇.加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在大興安嶺林區(qū)的試用[J].森林防火，1986(3)：19-23.

[5] Tian X R，McRae D J，Jin J Zh，etal.Wildfires and the Canadian forest fire weather index system for the Daxing’anling region of China[J].International Journal of Wildland Fire，2011，20(8)：963-973.

[6] Tian X R，Zhao F J，Shu L F，etal.Changes in forest fire danger for south-western China in the 21st century[J].International Journal of Wildland Fire，2014，23(2)：185-195.

[7] 單延龍，孫平巖，關(guān)山，等.加拿大林火天氣指標(biāo)系統(tǒng)在吉林省的應(yīng)用[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，42(12)：134-136.

[8] 解晶波，劉麗華，蓋喜，等.通化市生態(tài)經(jīng)濟(jì)溝發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2002(1)：12-13.

[9] Van Wagner C E.Development and structure of the Canadian forest fire weather index system[R].Chalk River Ontario：Environment Canada，Canadian Forest Sevice，Petawawa Forest Experiment Station，1987.

[10] Wotton B M.Interpreting and using outputs from the Canadian forest fire danger rating system in research applications[J].Environmental and Ecological Statistics，2009，16(2)：107-131.

【責(zé)任編輯：郭偉】

Applying Canadian Forest Fire Weather Index System in Tonghua City

Du Shuai，Shan Yanlong，Yin Sainan，Peng Yao，Zhang Hao，Liu Jinxin，Gao Wenshuang

(ForestryCollegeofBeihuaUniversity，Jilin132013，China)

Abstract：According to the characteristics of forest fires in Tonghua City，we introduced the Canadian forest fire weather index system.We studied the correlation of fire weather indexes and forest fire，and division of forest fire danger rating with the forest fire data and the meteorological data of 1996—2010 in Tonghua City.The results indicate that number of forest fires and other forest fire weather indexes are highly significant in addition to Drought Code；forest area burnt，area burnt and Fire Weather Index，Initial Spread Index are also highly significant；forest area burnt，area burnt and Fine Fuel Moisture Code aren’t highly significant，but the significances are very close to 0.01，so Canadian forest fire weather index system is suitable for Tonghua City.We divided forest fire danger ratings on the premise that extreme days should be less than 3% of the total study period and the geometric method.Forest fire frequency，area burnt ratio and forest area burnt ratio are the largest under level 4 of fire weather.Forest fire is similar to normal distribution，so the hierarchy method is suitable for Tonghua City，but further examination and comparison are required to make the system for forest fire forecast in Tonghua City.

Key words：Canada；forest fire weather index system；forest fire danger ratings；Tonghua City

中圖分類號(hào)：S762

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：杜帥(1990-)，男，碩士研究生，主要從事林火生態(tài)和林火管理研究，E-mail：1312038891@qq.com；通信作者：?jiǎn)窝育?1975-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事林火生態(tài)和林火管理研究，E-mail：shanyl@163.com.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470497)；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20100582；20121820)；吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2013158)；吉林省林業(yè)廳項(xiàng)目(2013-007)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET-12-0726).

收稿日期：2015-12-21

文章編號(hào)：1009-4822(2016)02-0176-05

DOI：10.11713/j.issn.1009-4822.2016.02.007