楊淑香，包興華，吳宏偉，林 聰，伊伯樂(lè)

（1.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

隨著全球氣溫的逐漸升高，閃電次數(shù)增多，干雷暴導(dǎo)致的雷擊火時(shí)有發(fā)生。尤其是春末夏初，天氣炎熱干燥，閃電往往伴隨著降水，但是當(dāng)降水不能到達(dá)地面，或只有少部分雨水能到達(dá)地面，而雨量太小不能熄滅閃電引起的火源時(shí)，就會(huì)極易發(fā)生森林火災(zāi)。雷擊引發(fā)的火災(zāi)與閃電發(fā)生位置處的氣象條件息息相關(guān)，比如溫度、降水、濕度、風(fēng)速等。還與植被狀況有關(guān)，可燃物的種類(lèi)、分布、含水率、尺度等。21世紀(jì)以來(lái)，森林雷擊火頻發(fā)對(duì)森林、社會(huì)、人類(lèi)帶來(lái)巨大的負(fù)面影響和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的雷擊火主要發(fā)生在大興安嶺林區(qū)和新疆阿爾泰山地區(qū)[1]，大興安嶺林區(qū)雷擊火發(fā)生次數(shù)約占總森林火災(zāi)次數(shù)的38%以上，且逐年呈上升態(tài)勢(shì)[2-3]。由于雷擊火的起火原因復(fù)雜、多變，因此如何及時(shí)、有效地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)雷擊火的發(fā)生一直是個(gè)世界難題。目前，國(guó)內(nèi)通常選擇氣象、可燃物、地形等決策因子進(jìn)行分析，建立的雷擊火的預(yù)報(bào)模型。國(guó)外主要運(yùn)用火險(xiǎn)天氣系統(tǒng)中可燃物干旱碼（DC）等為初始因子進(jìn)行分析[4]?？梢?jiàn)，研究區(qū)域不同，選擇的初始因子不同，結(jié)論也不同。因此，在研究雷擊火的預(yù)報(bào)模型方面應(yīng)該盡可能選擇氣象、閃電特征、可燃物、地形、干旱碼等多方面因素。

1 雷擊火的起火原因分析

1.1 雷擊火與閃電的關(guān)系

東北是中國(guó)雷擊火發(fā)生最頻繁的地區(qū),因此有必要研究該地區(qū)的閃電活動(dòng)規(guī)律。從時(shí)間上來(lái)看，閃電7月最集中，而雷擊火6月最多[5]。可見(jiàn),閃電與雷擊火在空間分布上大致一致，大興安嶺閃電活動(dòng)不多,但雷擊火頻繁發(fā)生，可能主要原因是地形起伏大、受大氣環(huán)流影響容易形成干暴雷、易燃物分布廣泛；閃電與雷擊火在時(shí)間分布上有明顯差別，可能的主要原因是7月較6月降水多、相對(duì)濕度大、風(fēng)速小，不容易著火。雷小麗[6]對(duì)我國(guó)東北大興安嶺地區(qū)1966—2007年的林火數(shù)據(jù)及相應(yīng)的閃電和氣象資料進(jìn)行分析。該地區(qū)雷擊火的次數(shù)及其過(guò)火面積都呈顯著增加趨勢(shì)。影響雷擊火的氣象條件與研究時(shí)間尺度有關(guān)，年尺度的雷擊火與降水顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.489；月尺度的雷擊火則與氣溫顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.18。雷擊火與閃電的關(guān)系也與時(shí)間尺度有關(guān)，年尺度的雷擊火與閃電關(guān)系不明顯，受降水影響較大；月尺度的雷擊火與閃電具有較好的相關(guān)性，且受降水的影響；日尺度的雷擊火在降水量大于5 mm時(shí)與閃電關(guān)系不明顯，雷擊火與閃電次數(shù)呈正相關(guān)。據(jù)此，發(fā)展了基于閃電定位儀數(shù)據(jù)的火險(xiǎn)指數(shù)算法以及大興安嶺地區(qū)的森林雷擊火預(yù)報(bào)模型。經(jīng)2005—2007年雷擊火驗(yàn)證，該模型的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率大于80%。

1.2 雷擊火發(fā)生環(huán)境分析

內(nèi)蒙古北部原始林區(qū)由于其特殊的地理位置、山形地勢(shì)以及氣候條件，導(dǎo)致雷擊火的頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2008—2017年發(fā)生了127起雷擊火，國(guó)家森林資源遭受了巨大損失。杜野[7]對(duì)內(nèi)蒙古北部原始林區(qū)近十年雷擊火進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、歸納及對(duì)比，總結(jié)出其中的起火點(diǎn)位置分布與時(shí)間分布的特點(diǎn)，并借助有關(guān)資料對(duì)這些特點(diǎn)進(jìn)行剖析，找出雷擊火發(fā)生的共性規(guī)律，以提高相關(guān)火災(zāi)的處置效率，總結(jié)出了雷擊火與地理位置、氣候條件、降水量、可燃物以及雷擊選擇的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。根據(jù)這些規(guī)律，森林防火相關(guān)工作人員可以結(jié)合自己轄區(qū)的地理位置、氣候條件、降水量、可燃物的特點(diǎn)，有效地推測(cè)雷擊火爆發(fā)的可能性與高發(fā)期，提前做好防護(hù)，妥善安排相關(guān)工作。雷擊選擇性規(guī)律可以幫助森林防火相關(guān)工作人員在雷擊火現(xiàn)場(chǎng)勘查活動(dòng)中有效縮小勘查范圍，提高工作質(zhì)量與效率。雷擊天氣主要出現(xiàn)在5—9月份，其中6、7和8月份閃電最多。閃電分布密度較高的區(qū)域主要在研究區(qū)東北部，大部分閃電活動(dòng)伴隨著降水，但在比較干旱的年份，容易出現(xiàn)干雷暴天氣，易引發(fā)雷擊火。根據(jù)林火及火災(zāi)發(fā)生前24 h的閃電分布分析，雷擊火占總火災(zāi)的5.1%，閃電活動(dòng)不是影響林火發(fā)生的主要原因。雷擊火主要發(fā)生在火險(xiǎn)比較高、閃電活動(dòng)頻繁且無(wú)有效降雨的區(qū)域[8]。宋蝶[9]分析了四川木里地區(qū)森林雷擊火發(fā)生的必要條件。木里地區(qū)氣候呈變干變暖的趨勢(shì)：該地氣溫呈較強(qiáng)增加趨勢(shì)，未來(lái)增溫趨勢(shì)略有下降；該地降水量呈弱減少趨勢(shì)，未來(lái)這種減少趨勢(shì)增強(qiáng)。云地閃有明顯的時(shí)空變化規(guī)律：在年時(shí)間尺度上，以2014年為拐點(diǎn)，之前云地閃數(shù)量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，之后增加；在季節(jié)分布上，云地閃次數(shù)夏季＞秋季＞春季＞冬季；主要分布在4—10月，其中6月份最多，占年總量的33.9%。

1.3 雷擊火與干旱指數(shù)的關(guān)系

雷擊火的發(fā)生與Palmer干旱指數(shù)(PDSI)和Keeteh－Byram干旱指數(shù)(KBDI)相關(guān)。雷擊火主要發(fā)生在5—9月，峰值出現(xiàn)在6月，約占全年雷擊火次數(shù)的42%；雷擊火的最大過(guò)火面積出現(xiàn)在5月和6月，約占全年過(guò)火總面積的85%。雷擊火發(fā)生次數(shù)和面積的月動(dòng)態(tài)均呈單峰型曲線變化，不同干旱指數(shù)的動(dòng)態(tài)不同，其中KBDI的月動(dòng)態(tài)呈單峰型曲線變化，5，6，7月最干旱；而PDSI則呈弱單峰型曲線變化，5月較干旱，6月和7月則較濕潤(rùn)。雷擊火的年發(fā)生次數(shù)與9月的PDSI（R=0.47，P＜0.01）或6月和8月的KBDI（R=0.57，P＜0.01）關(guān)系密切，年過(guò)火總面積則與8月的PDSI（R=0.20，P＜0.01）或6月的KBDI（R=0.40，P＜0.01）有一定的關(guān)系。KBDI更適于描述大興安嶺林區(qū)的雷擊火特征[10]。

1.4 雷擊火與氣象因素的關(guān)系

雷擊火的發(fā)生與氣象因子之間存在著密切的關(guān)系，這是毋庸置疑的。但是一直沒(méi)有定性的結(jié)論。郭福濤[11]選用符合大興安嶺地區(qū)林火發(fā)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的負(fù)二項(xiàng)和零膨脹負(fù)二項(xiàng)兩種模型對(duì)大興安嶺林區(qū)雷擊火的發(fā)生與氣象因素間的關(guān)系進(jìn)行建模分析，并與以往研究中所使用的最小二乘回歸方法相對(duì)比。使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行模型擬合運(yùn)算，計(jì)算得出模型各參數(shù)。結(jié)果表明，NB和ZINB模型對(duì)數(shù)據(jù)擬合較好，模型內(nèi)各氣象因子顯著性水平較高，對(duì)雷擊火發(fā)生次數(shù)均具有較好的預(yù)測(cè)能力。運(yùn)用檢驗(yàn)方法進(jìn)一步比較了NB和ZINB模型對(duì)數(shù)據(jù)的擬合水平以及模型預(yù)測(cè)水平，ZINB模型無(wú)論在數(shù)據(jù)擬合還是模型預(yù)測(cè)上都要優(yōu)于NB模型，相應(yīng)提出了大興安嶺地區(qū)林火發(fā)生與氣象因子關(guān)系的最優(yōu)模型。

2 雷擊火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

2.1 雷擊火火災(zāi)規(guī)律

在我國(guó)北方針葉林帶，雷擊火主要集中在黑龍江大興安嶺和內(nèi)蒙古呼倫貝爾市地區(qū)。大興安嶺地區(qū)位于我國(guó)北方針葉林帶，是森林火災(zāi)的重災(zāi)區(qū)。其中，雷擊火所占比例大約三分之一以上。通過(guò)分析大興安嶺近40年的雷擊火數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，得出：1965—2005年，共發(fā)生雷擊火545次，占該地區(qū)總火源的37%；雷擊火主要集中在5—9月份，5、6月份占全部雷擊火的72.5%，且火災(zāi)主要集中在10：00時(shí)到17：00時(shí)；阿木爾、呼中、塔河、松嶺、新林等高緯度地區(qū)為大興安嶺雷擊火高發(fā)生地區(qū)。以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)影響雷擊火發(fā)生的氣象因子進(jìn)行了分析得出：降水多于500 mm時(shí)，雷擊火很少發(fā)生；少于400 mm時(shí)，發(fā)生頻繁。溫度在14℃以下，雷擊火發(fā)生概率很??；在14℃～20℃，雷擊火為高發(fā)段。雷擊火重大發(fā)生年份，夏季降水大大少于平均值，而且溫度高于17℃，且蒸發(fā)量過(guò)大。因此，降水、平均溫度對(duì)雷擊火發(fā)生起主導(dǎo)作用[12]。林火空間分布格局的研究對(duì)于理解林火在森林景觀變化過(guò)程中的作用具有重要的意義。郭福濤[13]運(yùn)用空間點(diǎn)模式方法對(duì)大興安嶺地區(qū)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)而確定雷擊火分布情況，研究結(jié)果表明大興安嶺地區(qū)雷擊火成聚集分布，并存在雷擊火熱點(diǎn)地區(qū)。

目前，針對(duì)當(dāng)?shù)乩讚艋鹋c影響因子的研究主要集中于氣象因子，非氣象因子的研究受數(shù)據(jù)條件和技術(shù)手段限制研究報(bào)道較少。郭福濤等[14-15]研究了細(xì)小可燃物濕度碼，并提取了海拔、坡度、坡向、森林類(lèi)型、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、齡級(jí)等因子用于決策因子分析。研究結(jié)果顯示“日最低氣溫”“最大風(fēng)速”和“最小相對(duì)濕度”3個(gè)氣象因子及火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)中細(xì)小可燃物濕度碼干旱碼與雷擊火發(fā)生概率顯著相關(guān)。在非氣象因子與雷擊火發(fā)生的邏輯斯蒂模型檢驗(yàn)中，“地被物蓋度”和“齡級(jí)”均在P=0.05水平上與雷擊火發(fā)生顯著相關(guān)。

2.2 雷擊火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

雷擊火是中國(guó)大興安嶺地區(qū)重要火源。對(duì)雷擊火進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)可以有效減少火災(zāi)發(fā)生概率和預(yù)防重特大火災(zāi)的發(fā)生。1990—2006年大興安嶺林區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)591起，其中雷擊火占60.7%。平均每起雷擊火過(guò)火面積為797.37 hm2，森林受害面積為581.67 hm2。雷擊火的發(fā)生受氣溫與降水的影響，月均氣溫高、降水量少，雷擊火次數(shù)明顯多。雷擊火發(fā)生日各火險(xiǎn)成分指數(shù)平均值均高于1990—2006年4—9月總體平均值。根據(jù)雷擊火發(fā)生概率和每日火險(xiǎn)指數(shù)建立了雷擊火發(fā)生概率預(yù)測(cè)模型[16]。

朱沛林結(jié)合黑龍江大興安嶺雷擊火發(fā)生特點(diǎn)及該地區(qū)的氣象條件，引用加拿大天氣指標(biāo)（FWI）系統(tǒng)，使用2005年至2010年的閃電定位數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、雷擊引發(fā)的火災(zāi)數(shù)據(jù)，利用二元Logistic回歸模型，采用全部進(jìn)入法建立回歸模型，為預(yù)測(cè)黑龍江大興安嶺地區(qū)雷擊火發(fā)生概率提供依據(jù)[17]。王巖運(yùn)用電子信息技術(shù)和電場(chǎng)數(shù)字化技術(shù)，對(duì)大興安嶺林區(qū)雷擊火預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、布局和工作流程，并確定了系統(tǒng)所要達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[18]。

由于雷擊火的發(fā)生發(fā)展具有一定的隨機(jī)性和復(fù)雜性。因此，對(duì)于雷擊火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)也是非常復(fù)雜，準(zhǔn)確率和精度是必須解決的問(wèn)題。王金榮開(kāi)發(fā)了大興安嶺森林雷擊火預(yù)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)在雷擊火高發(fā)季節(jié)，預(yù)測(cè)雷擊火發(fā)生的準(zhǔn)確率達(dá)31.5%[19]。彭歡利用大興安嶺雷擊數(shù)據(jù)、雷擊火數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和GIS空間分析。引入加拿大雷擊火預(yù)測(cè)模型和Logistic回歸模型，建立了黑龍江大興安嶺雷擊火預(yù)測(cè)模型。總體預(yù)測(cè)正確率能達(dá)到30%以上，為該地區(qū)的雷擊火預(yù)防提供可靠的數(shù)據(jù)支持[20-22]。

3 研究展望

目前，對(duì)雷擊火的研究方向仍然主要在起火原因和云地閃定位設(shè)備上，對(duì)雷擊火的引燃機(jī)理和火行為上研究較少。在實(shí)驗(yàn)方面可以嘗試與其它學(xué)科的交叉結(jié)合，畢竟雷擊火的形成非常復(fù)雜且多變。在利用氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)盡量考慮氣象數(shù)據(jù)的空間分布，可結(jié)合智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)的氣象要素結(jié)果來(lái)消除誤差或進(jìn)行預(yù)報(bào)。不管是氣象數(shù)據(jù)還是閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或可燃物條件等隨研究的尺度不同，準(zhǔn)確度相差很大。因此，大尺度的研究雷擊火發(fā)生模型是不可行的。只有通過(guò)同一地區(qū)的立地條件和氣象數(shù)據(jù)等建立的雷擊火預(yù)測(cè)模型才是現(xiàn)實(shí)的。

在研究區(qū)域上來(lái)說(shuō)，人煙稀少的原始林區(qū)發(fā)生的雷擊火或由此引發(fā)的森林火災(zāi)更是人們目前最為迫切需要深入研究的。