王 勁，王秋華，梁 瀛，張文文，龍騰騰，高仲亮，王睿琛

（1． 西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院/云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明650224；2.新疆林科院森林生態(tài)研究所，新疆 烏魯木齊830000）

新疆是我國面積最大的省區(qū)，南北相距約1550 km，跨緯度13°45′，東西相距約1950 km，跨經(jīng)度22°38′，由于幅員遼闊，緯度差異大，導(dǎo)致氣溫差異也大，形成了不同的地帶性植被帶，由此形成了森林草原火災(zāi)發(fā)生的不同時(shí)間和空間規(guī)律。阿勒泰地區(qū)是森林草原火災(zāi)的多發(fā)地和易發(fā)區(qū)，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)占新疆維吾爾自治區(qū)森林草原火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的40%左右。因而，以阿勒泰地區(qū)重點(diǎn)高危火險(xiǎn)區(qū)為例，進(jìn)一步探討阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)發(fā)生規(guī)律與時(shí)空分布格局，提出應(yīng)對的預(yù)防與撲救對策。

1 研究地概況

阿勒泰地區(qū)深居歐亞大陸腹地，與俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古3 國接壤，東北部依靠阿爾金山，西南側(cè)為準(zhǔn)格爾盆地，中部有額爾齊斯河穿流而過，介于85°31′36″—91°04′23″E，45°00′00″—49°10′45″N 之間[1]，總面積11.8×104km2。邊境線總長度為1197 km，其中，中哈邊境線長396 km、中俄邊境線長54 km、中蒙邊境線長747 km。阿勒泰地勢自東北向西南呈階梯狀遞減，海拔介于224—4339 m，形成山地、谷地、盆地等折疊地貌類型，其中山地資源約占研究地區(qū)的32%，平原占22%，戈壁荒漠占46%。位于中蒙邊境上的友誼峰，主峰海拔4339 m。山地分布在準(zhǔn)噶爾盆地東北部和山麓緩坡地帶。平原分布在烏倫古河河谷、額爾齊斯河河谷等河流的中下游。戈壁荒漠分布在福?？h、富蘊(yùn)縣、哈巴河縣、布爾津縣及吉木乃縣的局部地區(qū)。

阿勒泰位居新疆北段，受高緯度季風(fēng)環(huán)流影響，氣候特征為中溫帶大陸性氣候，干燥寒冷，常年處于0.2～4℃平均水平。平原地區(qū)年均降水量131～223 mm，年蒸發(fā)量1367～2066 mm，全年日照時(shí)數(shù)在2829～3045 h 之間。阿勒泰地區(qū)的林地面積和非林地面積分別是25.8×104hm2、25.46×104 hm2，森林覆蓋率約47%。其中，幼齡林、中齡林、近熟林、成過熟林分別為0.05×104hm2、0.55×104 hm2、1.69×104 hm2和7.02×104hm2[2]。阿勒泰地區(qū)主要河流均發(fā)源于阿爾泰山地，地區(qū)境內(nèi)有各類冰川400 余條，總面積達(dá)到293.2 km2。冰川年儲(chǔ)冰量為164.92×108m3，折合儲(chǔ)水量為148.43×108m3。額爾齊斯河、烏倫古河及吉木乃山溪3 大水系流域面積達(dá)到9.57×104km2，河流年平均總徑流量133.7×108m3，其中，地表徑流量為122.5×108m3，占新疆維吾爾自治區(qū)地表徑流量的14.7%。阿勒泰地區(qū)是全國六大林區(qū)之一，同時(shí)被國務(wù)院確定為水源涵養(yǎng)型山地草原生態(tài)功能區(qū)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集分析

數(shù)據(jù)材料收集于新疆阿勒泰地區(qū)防火辦公室和檔案資料。統(tǒng)計(jì)2002—2018年，新疆阿勒泰地區(qū)發(fā)生森林草原火災(zāi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括火災(zāi)發(fā)生時(shí)間、火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)、起火原因、起火時(shí)間等因素，對阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)發(fā)生動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行分析。

運(yùn)用Excel 軟件，對阿勒泰地區(qū)2002—2018年間森林草原火災(zāi)的時(shí)間尺度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先對火災(zāi)發(fā)生的年份和月份進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì)，分析火災(zāi)發(fā)生的周期規(guī)律。其次將一天的24 h 分為24 個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段為1h，統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段發(fā)生火災(zāi)的次數(shù)，分析一天中發(fā)生森林火災(zāi)的日時(shí)規(guī)律。根據(jù)阿勒泰地區(qū)2002-2018 間森林火災(zāi)發(fā)生地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，結(jié)合期間火災(zāi)發(fā)生情況分析，運(yùn)用ArcGIS 空間分析模塊得出阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)空間分布特征。

2.2 數(shù)據(jù)處理應(yīng)用

運(yùn)用Excel 軟件對森林火災(zāi)時(shí)間分布數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，ArcGIS10.3 軟件中的Spatial Analysis 空間分析模塊對森林火災(zāi)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)時(shí)間分布規(guī)律

3.1.1 年份分布規(guī)律

2002—2018年以來的17a 間，阿勒泰地區(qū)共發(fā)生森林草原火災(zāi)231 起，平均每年發(fā)生火災(zāi)13.6 起。使用快速傅里葉變換（Fast Fourier transform）對火災(zāi)發(fā)生頻次進(jìn)行功率譜分析，結(jié)果顯示在4～5a 周期上火災(zāi)發(fā)生的周期信號最為顯著。

通過特定地區(qū)的林火頻率和過火面積，可以推斷出該地區(qū)林火狀況的基本指標(biāo)。17a 間，阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)面積總計(jì)2057.5 hm2（圖1-a），其中2002年火災(zāi)面積1836.5 hm2，達(dá)到頂峰，占總面積的89.25%，然后趨于穩(wěn)定。2002年以后，森林草原火災(zāi)面積顯著降低，平均每年過火面積為13.8 hm2（圖1-b）。

圖1 阿勒泰地區(qū)2002-2018年森林草原火災(zāi)發(fā)生情況

2002年阿勒泰地區(qū)林草火災(zāi)面積突增的原因是在當(dāng)年9月27日，布爾津縣沖乎爾鄉(xiāng)發(fā)生一起重大森林火災(zāi)，主要樹種為灌木草場，過火面積約1800 hm2，持續(xù)燃燒9 天9 夜，經(jīng)濟(jì)損失巨大。異常高壓是研究區(qū)域降水較少的原因[3]，與厄爾尼諾現(xiàn)象引起的干旱相反，阿勒泰地區(qū)的干旱條件與先前的拉尼娜事件顯著相關(guān)。

3.1.2 月份分布規(guī)律

阿勒泰地區(qū)2002-2018年森林火災(zāi)以月為單位統(tǒng)計(jì)，研究其林火季節(jié)發(fā)生情況（表1）。

表1 阿勒泰地區(qū)2002-2018 各縣（市）森林火災(zāi)按月分布（次）

根據(jù)阿勒泰地區(qū)防火辦公室2002—2018年森林草原火災(zāi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表資料表明（表1），火災(zāi)發(fā)生月份是不同的。森林草原火災(zāi)絕大部分發(fā)生在4—9月，17年來在4—9月發(fā)生的森林草原火災(zāi)218 次，占森林草原火災(zāi)發(fā)生總次數(shù)的94.37%。這是由于4—9月阿勒泰地區(qū)日照時(shí)間長，天氣干燥，可燃物含水率低[4]，導(dǎo)致這一段時(shí)間內(nèi)極易發(fā)生森林草原火災(zāi)[5]。重點(diǎn)成災(zāi)時(shí)期是7—8月，持續(xù)干旱，森林草原更容易發(fā)生火災(zāi)[6]，占林火發(fā)生總次數(shù)的45.45%。

阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)發(fā)生的季節(jié)基本是固定的，但有時(shí)也提前或推遲。例如在春季干旱少雨、冬季降雪偏少時(shí)，則可能提前發(fā)生森林火災(zāi)。例如，2012年阿勒泰地區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)17 次，由于該年春季干旱，在4月份(圖2)發(fā)生的火災(zāi)達(dá)到9 次。又因夏秋季節(jié)連續(xù)旱，在深秋時(shí)節(jié)也可導(dǎo)致森林火災(zāi)，且往往是發(fā)生大面積森林火災(zāi)。如2002年的“9·27”沖乎爾鄉(xiāng)森林草原火災(zāi)、2011年的“9·13”禾木森林火災(zāi)，都是在夏秋連旱時(shí)期發(fā)生的。

圖2 阿勒泰地區(qū)2002-2018年各縣（市）森林火災(zāi)按月分布

3.1.3 時(shí)點(diǎn)分布規(guī)律研究

將阿勒泰地區(qū)2002—2018年森林火災(zāi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照24 小時(shí)日時(shí)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，將記錄到的火災(zāi)發(fā)生時(shí)間與發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖3。圖3 可知，阿勒泰地區(qū)的森林火災(zāi)集中發(fā)生在12：00-19：00 之間，這段時(shí)間內(nèi)共發(fā)生林火129 起，占森林火災(zāi)發(fā)生總次數(shù)的77.7%。其中火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的時(shí)間為12 點(diǎn)，共22 起，因?yàn)樵诖藭r(shí)間段氣溫較高，空氣相對濕度低，所以在此時(shí)段發(fā)生林火的概率也會(huì)隨之升高。相對于大部分內(nèi)陸地區(qū)，阿勒泰地區(qū)森林火災(zāi)的集中時(shí)間持續(xù)的更晚，原因是新疆地區(qū)與內(nèi)地相差兩個(gè)時(shí)區(qū)，19：00 對阿勒泰當(dāng)?shù)囟允前淼?7：00，也是一天中較為干燥的時(shí)候，容易發(fā)生森林草原火災(zāi)。

圖3 阿勒泰地區(qū)2002-2018年各縣（市）森林火災(zāi)按日時(shí)分布

3.2 火災(zāi)空間分布規(guī)律

新疆阿勒泰地區(qū)共有7 個(gè)縣市，根據(jù)阿勒泰地區(qū)2002—2018年森林火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照阿勒泰地區(qū)的行政區(qū)劃，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出林火的空間分布規(guī)律。利用Excel 繪制出圖4-a。利用ArcGIS 軟件繪制出阿勒泰地區(qū)各縣市火點(diǎn)分布圖，如圖4-b。

如圖4 所示，阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)空間分布是極其不均衡的。2002～2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)最多的是布爾津縣49 次，其火災(zāi)次數(shù)占總火災(zāi)次數(shù)的21.2%，排第2 的是哈巴河縣46 次；最少的為吉木乃縣4 次，其火災(zāi)次數(shù)僅占1.7%。全地區(qū)共發(fā)生森林草原火災(zāi)231 起，其中包括重大森林火災(zāi)1 起，較大森林火災(zāi)16 起，一般森林火災(zāi)112 起。唯一的重大森林火災(zāi)發(fā)生在布爾津縣的沖乎爾鄉(xiāng)。

圖4 2002-2018年阿勒泰地區(qū)各縣（市）森林草原火災(zāi)發(fā)生情況

火災(zāi)面積集中在布爾津縣、阿勒泰市、哈巴河縣和福海縣4 個(gè)縣（市），其火災(zāi)面積占全地區(qū)總火災(zāi)面積的97%。發(fā)生森林草原火災(zāi)次數(shù)最多的布爾津縣現(xiàn)有旅游景點(diǎn)30 余處，是中國旅游強(qiáng)縣、自治區(qū)全域旅游示范區(qū)，人口流動(dòng)性大。布爾津縣幅員遼闊，林茂草盛，木材蓄積量極高，主要是針闊葉混交林，森林面積共有12.486×104hm2，木材蓄積量2862×104m3。該區(qū)域林區(qū)偏遠(yuǎn)，森林面積大，分布集中，林區(qū)人煙稀少但流動(dòng)人員多，交通不便，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，不能得到及時(shí)撲救，往往容易釀成大的火災(zāi)。

3.3 火源分類及分布規(guī)律

森林草原火災(zāi)的起因可大致分為自然因素和人為因素兩種類型，人為因素包括生產(chǎn)性因素和非生產(chǎn)性因素。在人為火源中，生產(chǎn)性火源僅占火源總數(shù)的19.5%，絕大部分是非生產(chǎn)性用火。阿勒泰地區(qū)能夠引發(fā)林火的主要生產(chǎn)性因素包括燒荒燒炭燒雜、修建公路、開礦采煤等，主要原因是農(nóng)業(yè)用火所導(dǎo)致的，這種火災(zāi)通常發(fā)生在農(nóng)忙季節(jié)，在特殊重點(diǎn)時(shí)期加強(qiáng)管理可降低此類火因引發(fā)的森林火災(zāi)。研究區(qū)非生產(chǎn)性火源主要有吸煙引燃、癡呆兒玩火、燃放鞭炮等，且阿勒泰地區(qū)有豐富的草原與旅游資源，導(dǎo)致人為火源多，外來人員用火是引發(fā)森林火災(zāi)的主要原因。2002—2018年各縣（市）火源情況（圖5）表明，人為火源（野外用火、吸煙）占總火災(zāi)次數(shù)的68.8%，天然火源（雷擊火、自燃）占到了總火災(zāi)次數(shù)的26.8%。

圖5 2002-2018年阿勒泰地區(qū)火源發(fā)生情況

在天然火源中，阿勒泰地區(qū)由雷擊火導(dǎo)致的森林火災(zāi)次數(shù)達(dá)到60 起，占到天然火源總次數(shù)的96.8%。雷擊是重要的自然火源, 在美國、加拿大、俄羅斯等多森林國家雷擊火占所有森林火災(zāi)的7%-10%[7]。阿爾泰山林區(qū)是我國兩大雷擊火的高發(fā)區(qū)之一，雷擊天氣主要出現(xiàn)在5-9月份，閃電分布密度較高的區(qū)域主要在研究區(qū)西北部，集中在哈巴河縣、阿勒泰市和布爾津3 個(gè)縣北部的阿爾泰山林區(qū)1900m 以下的較低海拔區(qū)[8]，李忠琦等認(rèn)為緯度越高的林區(qū)雷擊火越多。大部分閃電活動(dòng)伴隨著降水，但在阿勒泰地區(qū)容易出現(xiàn)干雷暴天氣，易引發(fā)雷擊火。

從雷擊火時(shí)間分布看，7月份占比高達(dá)39.13%，8月份占28.26%，6月次之，占21.73%。由于所處高緯度的地理區(qū)域和干旱半干旱的氣候特征[9]，加之氣候異常的影響，近年來，雷擊火發(fā)生次數(shù)明顯增多。撲救困難的原因主要是:原始林區(qū)人煙稀少,初發(fā)火不易發(fā)現(xiàn),火場偏遠(yuǎn)無路,基礎(chǔ)設(shè)施條件差，偃松遍布，站桿倒木多，腐殖層厚，到達(dá)火場困難，撲救、清理難度大[10]。應(yīng)積極開展對阿勒泰高緯度地區(qū)的雷擊火預(yù)警監(jiān)測，科學(xué)劃分防雷區(qū)域防范等級，加強(qiáng)林區(qū)滅火專業(yè)化隊(duì)伍建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[11]，強(qiáng)化雷擊火撲救工作。

表2，境外火發(fā)生在吉木乃縣、哈巴河縣各一起，均由鄰國哈薩克斯坦境外火越過隔離帶而導(dǎo)致的火情。

表2 阿勒泰地區(qū)各縣（市）火源情況表（2002-2018年）

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

2002—2018年火災(zāi)數(shù)據(jù)分析表明，阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)具有4—5年的周期變化規(guī)律，和全國森林火災(zāi)年際波動(dòng)變化規(guī)律是一致的，這與氣候異常對森林火災(zāi)的影響有關(guān)。對阿勒泰地區(qū)2002—2018年17a間發(fā)生的231 起森林草原火災(zāi)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：不同時(shí)間尺度下林火的發(fā)生也存在顯著的變化規(guī)律。在年份尺度下，森林草原火災(zāi)發(fā)生具有4—5 a 周期的波動(dòng)，這與阿勒泰地區(qū)夏季干旱3—4 a 的周期變化[12]相對吻合。雖然火災(zāi)發(fā)生頻率的趨勢變化不明顯，但2002年后，森林草原火災(zāi)受害面積顯著降低并趨于穩(wěn)定。森林草原防火工作的不斷加強(qiáng)和持續(xù)增加的防火經(jīng)費(fèi)投入是阿勒泰地區(qū)林草火災(zāi)受害面積減少的重要原因。

新疆森林草原火主要發(fā)生在4—9月，出現(xiàn)了4月和7月2 個(gè)高峰。按季節(jié)區(qū)域分析，森林草原火災(zāi)由南向北，由平原區(qū)到山地。春季4—5月，火災(zāi)多發(fā)生在平原荒漠林（草）區(qū)和河谷林區(qū)；夏季6—8月，火災(zāi)由平原及河谷轉(zhuǎn)入山地；秋季9月份，火災(zāi)多發(fā)生在中山、深山區(qū)。由于降水偏少，可燃物干燥，春、夏兩季成為阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)的多發(fā)季節(jié)。在季節(jié)尺度變化下，由于阿勒泰地區(qū)春、夏季節(jié)降水較少且不穩(wěn)定，風(fēng)多，蒸發(fā)量大，降水多在5 mm 以下，遭受春夏連旱的風(fēng)險(xiǎn)相對較大[13]，因而導(dǎo)致春、夏兩季火災(zāi)發(fā)生次數(shù)顯著升高。7—8月份火災(zāi)次數(shù)最多，4月份火災(zāi)次數(shù)次之。而9月份森林草原火災(zāi)造成的受害面積最大，因而，4月應(yīng)以監(jiān)測控制人為火源為主，7月和8月應(yīng)以監(jiān)測防控雷擊火為主，9月份應(yīng)以強(qiáng)化火災(zāi)撲救為工作重點(diǎn)。

嚴(yán)重的干旱會(huì)增加可燃物干燥度，提高森林火災(zāi)頻率和燃燒面積[14]。氣候變暖本身以及與之相關(guān)的干旱壓力、極端高溫事件和火災(zāi)季節(jié)長度的增加也會(huì)增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[15]。本研究中，無論是火災(zāi)頻發(fā)年份還是極端干旱年份的巧合性，以及相關(guān)分析結(jié)果均表明干旱脅迫與阿勒泰地區(qū)森林火災(zāi)的發(fā)生具有顯著的相關(guān)性，說明研究區(qū)夏季火災(zāi)發(fā)生主要與干旱嚴(yán)重程度有關(guān)。與厄爾尼諾現(xiàn)象引起的干旱相反，阿勒泰地區(qū)的干旱條件與先前的拉尼娜事件顯著相關(guān)[16]。在年際尺度上，厄爾尼諾事件導(dǎo)致的極端溫暖和干旱的環(huán)境，也造成世界許多地區(qū)發(fā)生更多的野火，而與拉尼娜相關(guān)的火災(zāi)發(fā)生在少數(shù)地區(qū)。

4.2 建議

（1）突出重點(diǎn)，預(yù)警監(jiān)測。阿勒泰地區(qū)森林草原火災(zāi)具有4-5a 周期的波動(dòng)變化規(guī)律。氣候異常導(dǎo)致的干旱嚴(yán)重程度與火災(zāi)的發(fā)生存在關(guān)聯(lián)，且與先前的拉尼娜事件之間有顯著相關(guān)。這要求全疆森林草原防火部門，特別是阿勒泰地區(qū)利用好現(xiàn)有森林火災(zāi)預(yù)警與撲救指揮系統(tǒng)，與氣象部門密切配合，及時(shí)做好火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)工作，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，依據(jù)不同火險(xiǎn)等級的響應(yīng)機(jī)制，采取針對性防火措施。

（2）嚴(yán)控火源，預(yù)防為主。4月，生產(chǎn)性用火引發(fā)森林草原火災(zāi)比重偏大，要把工作重點(diǎn)放在農(nóng)牧區(qū)生產(chǎn)性用火的有效管理上，加強(qiáng)巡護(hù)巡查，對重點(diǎn)區(qū)域嚴(yán)明責(zé)任、落實(shí)措施。5月，野外用火不慎導(dǎo)致森林草原火災(zāi)的事故居多，要嚴(yán)防人為火源，深入農(nóng)牧區(qū)廣泛開展防火宣傳，增強(qiáng)群眾的消防安全意識(shí)，做到家喻戶曉。要嚴(yán)格控制野外用火，減少火災(zāi)隱患。6－8月，工作重點(diǎn)在以山地森林草原高?；痣U(xiǎn)區(qū)為重點(diǎn)的火源監(jiān)控，特別是雷擊火防范和高效撲救，靠前駐防。建立雷擊火早期預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合衛(wèi)星監(jiān)測、暸望監(jiān)測、地面巡護(hù)和無人機(jī)偵察，形成立體瞭望監(jiān)測網(wǎng)。9月，以監(jiān)測控制人為火源為主，強(qiáng)化火災(zāi)撲火工作，做好撲救大火的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

（3）增強(qiáng)阻隔，營建生物防火林帶。充分利用西伯利亞落葉松林的阻火性能，在林緣營造生物防火林帶。在天山林區(qū)，針對森林草原鑲嵌分布的特點(diǎn)，在林緣一側(cè)開設(shè)防火阻隔帶，既能阻止草原火燒入林內(nèi)，同時(shí)又能與公路、河流配合，構(gòu)成綜合阻隔林網(wǎng)。

（4）技術(shù)支撐，裝備提升。充分發(fā)揮高新技術(shù)裝備在森林草原火災(zāi)預(yù)防與撲救工作中的優(yōu)勢。水是最有效的滅火劑，應(yīng)摸清可用水源地，增加以水滅火裝備，發(fā)揮以水滅火的效滅火手段，加強(qiáng)空中撲火能力建設(shè)，增加直升飛機(jī)的數(shù)量，開展吊桶滅火工作。積極引進(jìn)無人機(jī)巡查技術(shù)、雷電探測技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)等新裝備、新技術(shù)，不斷增加專業(yè)隊(duì)伍能力建設(shè)。