气象因子对云南大理森林火灾的影响

2012-07-12周明昆王永平高月忠

四川林业科技 2012年6期

周明昆，王永平，高月忠

(大理州气象局，云南大理 671000)

1 引言

森林是林木、伴生植物、动物及其与环境的综合体，森林与所在空间的非生物环境有机地结合在一起，构成完整的生态系统。森林是地球上最大的陆地生态系统，是全球生物圈中重要的一环。它是地球上的基因库、碳贮库、蓄水库和能源库，对维系整个地球的生态平衡起着至关重要的作用，是人类赖以生存和发展的资源和环境。近几十年来，随着气候变暖以及林区用火增多，森林火灾发生的次数和灾害损失都呈明显的上升趋势，森林火灾已成为对森林资源影响最大的灾害［1］。

大理州地处云贵高原与横断山脉南端结合部，山地面积占国土面积的90%以上，森林覆盖率约为58%。大理州冬春季气温高、降水少、风力大，极易发生森林火灾。由于森林面积大，大理州森林火灾发生次数多，灾害损失严重。据研究森林火灾发生的次数和灾害损失程度都与气象因子有着密切的关系，因此进一步研究气象因子对森林火灾影响的规律对森林火灾预报和扑救有着重要的指导意义。国外最早在20 世纪初就开始研究气象因子对森林火灾的影响，并建立了利用气象因子进行森林火险预报的预报模型。我国是20 世纪50年代以后才开始这方面的研究，进入21 世纪后，多级气象部门开始发布“森林火险天气预报”，为此对我国森林火灾的发生和火险预报规律进行了广泛、深入的研究，取得了较大进展。许东蓓等［2］分析了甘肃省林区气候特征及其与森林火险的关系，研究发现在气温高、湿度大、降水量多、干旱指数高的季节，火灾发生率较低，而在天气寒冷、空气干燥、降水量稀少、干旱指数低的季节，火灾发生率较高。邱泉成等［3］对闽北林区森林火灾与气象因子的研究分析中指出森林火灾的发生与相对湿度、蒸发量、温度日较差和降水量有密切的关系。姚源山等［4］在对黔东南森林火险预报的研究中指出气温、相对湿度、风速和连续无雨日数对黔东南森林火灾的发生有明显影响。韩姗姗等［5］对榆林市森林火险与气象条件的研究中指出降水、相对湿度、气温、风速与森林火险密切相关。朱寿燕等［6］在对台州市森林火灾的研究分析中指出随最低气温降低，森林火灾次数概率出现极明显的增加;最小相对湿度能较好地反映天气的干燥情况，可以作为森林火险等级预报的主要依据之一;风速、降水、日照等与森林火灾次数、过火面积没有显著的相关性。从国内森林火灾与气象因子的研究中可以发现气象因子对森林火灾的发生、发展有密切的关系，但影响森林火灾的气象因子地区间存在显著差异，因此，要实现大理州森林火险等级精细化气象预报就必须深入分析影响大理州森林火险等级的主导气象因子。

2 资料与方法

2.1 资料来源

大理州2001年～2010年发生的471 起森林火灾资料由大理州防火办提供，主要包括火灾发生的时间和地点。气象资料选用同期各县(市)气象站的逐日资料，主要包括降水量、平均气温、最高气温、平均相对湿度、最大相对湿度、平均风速、最大风速等数据。

2.2 分析方法

分析大理州2001年～2011年间的471 起火灾的时间分布特征，并深入研究对应时间和地点的气候条件，找出与森林火险关系密切的气象因子，进行统计分析，计算各因子与森林火灾次数的相关系数，并进行相关性的显著性检验。

3 结果与分析

3.1 森林火灾的时间分布及对应的气候特征

对大理州2001年～2010年火灾次数及对应气象要素进行统计，结果如图1。在分析的471 起火灾数据中有470 起发生在1月～6月上旬，1 起发生在12月上旬。2月上旬～5月中旬是大理州森林火灾高发期，期间发生的火灾占总量的93%，其中3月上旬～4月上旬火灾最为集中，占总量的55%。1月～4月是大理州的干季，气候特征主要表现为降水少、湿度小、风力大、气温日较差大。进入5月以后雨量增多，湿度增大，风力和气温日较差减小。对大理州2001年～2010年1月～6月气象资料进行统计分析(如图1)，结果显示降水量1月～6月逐月递增;相对湿度1月～3月递减，3月最小，3月后又递增;平均气温1月～6月逐月递增;平均风速1月～2月递增，3月风速有所减小，4月风速最大，5月后风速递减。从图1 上直观的看，森林火灾次数与相对湿度呈负相关，与风速呈正相关，与平均气温和降水量没有明显的相关性。

图1 2001年～2010年大理州火灾次数和气象要素的月际分布

2004年3月是统计时段中森林火灾最多的月份，全月全州发生森林火灾48 起，其中3月中旬发生森林火灾21 起，而随后的2004年4月全月全州只发生森林火灾1 起，对2004年1月～4月气象条件进行深入分析，从气象方面能对相邻两个月火灾次数的较大差异进行一定解释。2004年1月～3月降水持续偏少，特别是2月～3月中旬全州降水特少，12个气象站中累计降水有1个站为5 mm，2个站为2 mm，5个站为1 mm，4个站无降水。进入4月以后4月1日为多云天气，4月2日全州出现降水，整个4月全州降水36 mm～100 mm，降水特多，且主要集中在上中旬。2004年1月～2月气温正常，3月气温特高，各站气温较常年偏高2.0℃～3.6℃，4月气温正常略低。2004年1月～4月全州平均月相对湿度分别为63%，54%，51%，66%;全州平均月风速分别为2.4 m·s－1，2.5 m·s－1，3.0 m·s－1，2.4 m·s－1。从以上数据可看出2004年1月～3月累计降水异常偏少，3月气温特高、湿度小、风速大;4月降水特多，气温偏低，湿度增大，风速减小。从2004年3月和4月的个例分析中可以看出气温和风速与森林火灾次数呈正相关，降水和相对湿度与森林火灾次数呈负相关，降水对森林火灾的影响是一个累积过程，降水持续偏少导致森林火灾增加，一旦出现明显的有效降水则森林火灾明显减少。

为了分析一天之中气象因子对森林火灾的影响规律，选用2010年3月中旬大理市下关镇自动气象站正点平均气象资料与火灾次数进行对比分析。由于火灾大多发生在晴天，因此选用的样本(2010年3月中旬)也都为晴天。一天中火灾次数的时间分布和气象要素的变化如图2 所示。从一天中火灾发生的时间看，16 时发生的火灾最多，占总数的18.3%，22 时至次日07 时火灾较少，只占总数的4.7%，从0 时至16 时火灾次数递增，16 时至23 时火灾次数递减，其中12 时至19 时发生的火灾占总数的80.7%。平均气温08 时最低，16 时、17 时最高，08时至16 时气温递增，17 时至次日08 时气温递减。风速的变化曲线有两个波峰和波谷，波峰出现在01时和16 时，波谷出现在08 时和21 时。相对湿度08时最大，17 时最小，08 时至17 时相对湿度递减，17时至次日08 时相对湿度递增。从图2 上可以直观的看出火灾次数与气温和风速呈正相关，与相对湿度呈负相关。

图2 一天中火灾和气象要素的时间分布

3.2 森林火灾次数与气象因子的相关性分析

从森林火灾的时间分布及对应气候特征的分析中可以看出气温、降水、相对湿度、风速对森林火灾的发生有明显的影响，为了进一步确定对森林火灾有明显影响的气象因子，对森林火灾次数与气象因子进行相关性分析。云龙县是大理州火灾发生次数最多的县份，因此选用云龙县2001年～2010年1月～5月火灾次数与对应的气象因子进行相关分析，由于资料不完整，日最大风速和旬、月平均最大风速数据只用到2007年～2010年的数据。

3.2.1 月火灾次数与气象因子的相关性

选用当月和上月的平均气温、平均最高气温、降水量、平均相对湿度、平均最小相对湿度、平均风速、平均最大风速7个气象因子与火灾次数进行相关性分析，结果表明月火灾次数与上月的气象因子没有显著的相关性，与当月的平均气温和降水量也没有显著的相关性，与平均最高气温、平均相对湿度、平均最小相对湿度、平均风速、平均最大风速都显著相关，当月气象因子与月森林火灾次数的相关性见表1。

表1 当月气象因子与月森林火灾次数的相关性分析

表1 的相关性分析用的气象数据是2001年～2010年的气象数据，由于平均最大风速数据只有2007年～2010年的数据，对2007年～2010年的月平均风速、月平均最大风速与森林火灾次数进行相关性分析，月平均最大风速与森林火灾次数的相关系数为0.467，通过0.05 水平的显著性检验，月平均风速与森林火灾次数不显著相关。从以上分析看出火灾次数与当月降水量没有明显的相关性，与气温、相对湿度、风速都显著相关，其中与火灾次数的相关性平均最高气温高于平均气温，平均相对湿度高于平均最小相对湿度，平均最大风速高于平均风速。综合分析对月火灾次数有显著指示意义的气象因子是月平均最高气温、平均相对湿度和平均最大风速。

3.2.2 旬火灾次数与气象因子的相关性

对旬火灾次数与当旬气象因子的相关性分析结果表明火灾次数与旬平均气温和降水量不相关，与旬平均最高气温、平均相对湿度、平均最小相对湿度、平均风速、平均最大风速显著相关，各因子的相关性分析见表2。

表2 当旬气象因子与森林火灾次数的相关性分析

对2007年～2010年的旬平均风速、旬平均最大风速与森林火灾次数进行相关性分析，旬平均最大风速与森林火灾次数的相关系数为0.343，通过0.01 水平的显著性检验，旬平均风速与森林火灾次数不显著相关。用前两旬(上旬和当旬)的气象数据与当旬火灾次数进行相关相分析，结果见表3。通过与表2 的对比发现前两旬的累计降水量和平均最小相对湿度与火灾次数的相关性高于当旬，其他因子的相关性低于当旬。

表3 前两旬旬气象因子与当旬森林火灾次数的相关性分析

综合分析对旬火灾次数有显著指示意义的气象因子是当旬平均最高气温、平均相对湿度和平均最大风速以及前两旬的累计降水量。

3.2.3 日火灾次数与气象因子的相关性

逐日火灾次数由于样本过多，为了能突出重点，选用2001年～2010年森林火灾高发期的3月和4月的逐日数据进行分析，结果见表4。

表4 当日气象因子与森林火灾次数的相关性分析

分析结果表明日火灾次数与当日的平均气温和降水量不显著相关，与当日最高气温、平均相对湿度、最小相对湿度、平均风速、最大风速都显著相关。对2007年～2010年3月和4月逐日数据进行分析发现日最大风速与火灾次数的相关性高于日平均风速。对当日以前1日～30日累计气象因子与当日火灾次数的相关分析表明当日的最高气温、平均相对湿度、最小相对湿度、平均风速、最大风速与火灾次数的相关性高于对应的累计因子，前8日～30日的累计降水量都与当日火灾次数显著相关，其中前11日～30日的累计降水量与当日火灾次数的相关系数通过0.01 水平显著性检验，其中相关性最好的是前15日的累计降水量。综合分析对日火灾次数有显著指示意义的气象因子是最高气温、前15日累计降水量、平均相对湿度和最大风速。