云南省森林火险气象等级区划研究

鲁韦坤，李湘，余凌翔，戴丛蕊，徐虹

(1.云南省气候中心，云南昆明650034;2.云南省气象台，云南昆明650034)

0 引言

森林火险区划是森林防火管理工作的主要依据(姚树人和文定元，2002)，各国都非常注重森林火险区划，根据各地的特点提出了不同的规划方法。20世纪40年代前苏联在其欧洲部分按照火灾季节随纬度的变化划分为3个火灾带。50年代，前苏联的科学家梅列藿夫将世界划分为5个火灾带。70年代美国在其南方林区，以县为单位，按火源出现等级划分了7个等级(郑焕能，1993)。80年代末，Emilio and Russel(1989)应用遥感和地理信息系统(geographic information system，GIS)等先进技术手段，开辟了新的森林火险区划的方法。我国的森林火险区工作始于50年代，前期主要是参照前苏联的方法。80年代以后，我国的学者对森林火险区划方法开展了大量研究工作(孔繁良，1989;郑焕能，1993;张景群，1994a)。国家林业部于1992年发布《全国森林火险区划等级》(中华人民共和国林业部，1992)。张景群(l994b)研究发现该标准仅适应于省级以上森林火险区划。高兆蔚(1995)指出省级森林防火区划应主要依据纬度地带性引起的水热条件差异和经度地带性的地段类型组合引起干湿条件差异。随着技术手段和林火区划理论的发展，2000年后，RS和GIS等技术手段在我国的林火区划中得到了广泛应用(唐季林，1996;张贵等，2003;尹海伟等，2005;刘祖军等，2008)，区划因子多从以下几方面考虑:树种燃烧类型、林木蓄积量、气象因素、地形特点、人口密度、路网密度、林火频次等。

云南省森林覆盖率在全国名列前茅，同时也是林火多发的省份.由于云南气候类型复杂多样，垂直气候明显，不同地区在不同月份林火发生率差异显著。本文侧重气象方面的森林火险等级区划和分月格点化区划方法。目的在于通过不同月份各地森林火险气象区划等级，给相关部门在林火管理和资源配置等方面给予指导，以减少林火发生率和在林火发生后能有效利用之前所配置的资源。

1 资料与方法

1.1 森林火险因子选择

根据《全国森林火险区划等级》标准(中华人民共和国林业部，1992)，与森林火险相关的因素有:树种(组)燃烧类型、防火期平均降水量、平均气温、平均风速、农业人口密度和路网密度。在本研究中，由于农业人口数据和路网密度数据难于获取，考虑到本次区划为森林火险的气象等级区划，本文选取防火期多年月平均的降水量、均气温、风速、蒸发量和相对湿度，以及树种(组)燃烧类型6个要素作为火险区划因子，以林火频次作为验证因子。

1.2 火险因子标准化处理

1.2.1 防火期平均降水量、平均气温处理

推算方法为:利用1979—2000年的云南省126个地面站的观测数据，通过统计模型、残差订正和空间插值手段方法，对降水量、温度与经纬度，海拔高度进行曲线拟合(Hutchinson，1995;Goovaerts，2000;林忠辉和莫兴国，2002;Marquínez et al.，2003;杨昌军等，2004;何红艳等，2005;Lioyd，2005;马轩龙等，2008)，该统计关系模型通过0.01或0.001信度的

显著性检验，根据推算结果验证，各月平均气温的绝对误差小于0.5℃，各月降水量相对误差小于12%。其中多年各月平均降水量的拟合公式为:

多年各月平均温度的拟合公式为:

式中:R为防火期内各月平均降水量;T为各月平均温度;a、b、c、d、e为系数，不同月份参数各异;φ为纬度;λ为经度;h为高度。在ARCGIS平台下，计算全省防火期内的降水量和温度栅格，以4月为例，降雨量和温度等级的分布情况如图1所示，等级划分标准见表1。

表1 降水量和温度等级划分标准Table 1 Division standards of precipitation and temperature

1.2.2 防火期平均风速，蒸发量，相对湿度处理

云南地形的复杂性和受多个系统影响，建立全省范围内的平均风速、蒸发量和相对湿度的推算公式相当困难，利用1979—2000年的云南省126个地面站的观测数据，究通过插值误差对比(李军龙等，2006;曹雯和申双和，2008)，选择Spline作为插值方法，插值类型为Tension，获取全省范围内的多年月平均风速、蒸发量和相对湿度栅格图，以4月为例，多年月平均蒸发量和相对湿度插值结果见图2。多年月平均风速、蒸发量和相对湿度等级划分见表2。

表2 多年月平均风速、蒸发量和相对湿度等级划分标准Table 2 Division standards of average wind speed，evaporation and relative humidity

1.2.3 树种(组)燃烧类型和土地利用综合处理

云南省树种(组)类型复杂多样，本文应用《云南植被》(吴征镒和朱彦丕，1987)的树种(组)专题图(图3)和1:25万土地利用专题图，参考《全国森林火险区划等级》(中华人民共和国林业部，1992)，按照每种树种的组成和树种的可燃性，将其划分为5个等级(表3);然后再将土地利用图中不同类型划分为5个等级(表4);两图相乘后的值域范围为1～25，以间隔5进行分级，得到云南省树种(组)分布图和土地利用综合图(图4)。

图1 云南省4月降雨量(a)和温度(b)火险等级分布Fig.1 Fire risk levels of(a)precipitation and(b)temperature in April in Yunnan

图2 云南省4月蒸发量(a)和相对湿度(b)火险等级分布Fig.2 Fire levels of(a)evaporation and(b)relative humidity in April in Yunnan

1.3 森林火险气象等级计算

6个火险因子中，各因子重要性有所不同，而且各因子之间相互制约，相互影响。利用ARCGIS的栅格计算功能，通过多次试验并与多年云南防火期内森林火险气象等级预报结果进行对比，最终确定各因子合适的权重值，各月的森林火险气象等级计算公式如下:

图3 云南省树种(组)分布Fig.3 Forest species distribution in Yunnan

表3 云南省树种(组)等级划分标准Table 3 Division standards of forest species in Yunnan

表4 云南省土地利用类型等级划分Table 4 Division standards of land use in Yunnan

图4 树种和土地利用综合等级分布Fig.4 Comprehensive ranked distribution of forest species and land use

森林火险气象等级指数=［树种(组)燃烧类型］×1.0+［平均降水量］×1.8+［平均气温］×1.6+［平均风速］×1.4+［相对湿度］×1.3+［蒸发量］×1.3。

计算出的森林火险气象等级指数范围在10～40之间，结合以往云南各月森林火险气象等级情况和《森林火险气象等级》标准，将该指数做如下等级划分(表5)。

表5 森林火险气象等级指数等级划分标准Table 5 Level division standard of meteorological forest fire index in Yunnan Province

2 结果分析

2.1 区划结果概况

对照各月的森林火险气象等级区划(图5)，云南省森林火险趋势为3月＞4月＞2月＞1月＞5月＞12月。昭通北部经常受冷空气影响，怒江、迪庆北部有双汛期;云南南部主要树种为常绿阔叶林，因而这些地区的火险等级较其他地区偏低。丽江，大理，楚雄历来都是云南的老旱区，防火期内较其他地区都偏高。

12月—次年5月森林火险气象等级的趋势呈现较好的发展规律，4—5月森林火险气象等级变化较大，是因为正常情况下，5月末全省除丽江，楚雄北部，大理东部外，其他地区已经进入雨季，降水的显著增多导致森林火险气象等级迅速下降。

2.2 各月区划结果分析

12月为雨季刚刚结束，全省除迪庆、丽江、大理、楚雄和曲靖等部分地区为3级外，其他地区为1～2级。随着雨季结束的推延，1月晴天增多，林下可然物水分降低，全省2～3级区域明显扩大，1级区明显缩小，丽江中部地区出现4级。2月与1月相比，4级区域明显扩大。进入3月，随着天气的回暖，降水稀少，火险等级持续升高，大部地区为3～4级，部分地区出现5级，4级和3级区域较3月明显增加。4月全省仍以3～4级为主，5级和4级区域略有缩小。5月，雨季来的早的年份，云南大部分地区即进入雨季，落叶树种开始反青，全省大部分地区由3～4级降为2～3级，全省南部1级区域明显扩大，3～4级区域主要分布在大理、丽江和楚雄。

2.3 区划结果可信度分析

根据1997—2006年云南省林业部门各县统计的3 900多起较大林火，将各县区林火发生次数柱状图(图6)与各月区划的结果进行对比，大部分地区呈现出较好的对应关系，但由于本研究侧重的是森林火险气象等级区划，在所选的指标中未考虑农事用火、林火管理制度、路网密度等因素，导致部分地区出现差异较大的情况，如由于普洱南部在3—5月农事用火(非气象因子)偏多，致使该地区因农事用火不慎引发林火偏多;楚雄中部、昆明中部和玉溪东部社会经济较为发达，道路交通设施和林火管理和防范制度较好，一些林火在发生初期就被扑灭，因此未进入统计数据，导致这些地区的林火发生频次偏低。因此在验证区划结果时可选择卫星热点监测结果则更为客观。

3 结论与讨论

采用的分月区划方法，从时间上细化了区划结果，在实际应用中更具指导意义。在火险因子选择上，充分利用历史气象观测数据，新增蒸发量，相对湿度等火险因子，与常规森林火险区划相比，该方法更突出气象要素变化对火险等级的影响。

将降雨量、温度、相对湿度、蒸发量通过统计模型、残差订正和空间插值的方法精确到每个网格，通过树种(组)分布和土地利用综合图区分不同下垫面差异，从空间上细化了区划结果，突破了以县乡为单位的分析方法。从区划结果来看，通过对照历史林火统计结果，该结果较准确的反映了云南省在防火期不同月份的森林火险气象等级分布规律，具有较高的实用价值。

图6 1997—2006年各县区12月至次年5月林火发生次数柱状图Fig.6 The number of forest fires in different counties from December to May from 1997—2006

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