森林火险预报研究进展1）

曾伟，刘祥凤，杨龙光

（1.江西省林业科学院，南昌 330032；2.江西省井冈山市厦坪林场；3.江西省井冈山市拿山林场）

1 世界森林火灾概述

森林是陆地生态系统的主体，在全球变化中发挥着十分重要的作用，并为人类的生产生活提供了赖以生存的环境和物质基础。近几十年来，世界范围的人口膨胀，工业化进程加快，人类活动的加剧，加上全球气候的异常变化，导致世界森林火灾不断发生。森林资源的持续稳定发展已成为世界各国关注的焦点，预防森林火灾和减缓森林火灾的影响越来越受到各国的普遍重视。全世界每年发生森林火灾几十万次，受灾面积达几百万公顷，约占森林总面积的0.1%。20世纪80～90年代以来，随着全球气候变暖，森林火灾有上升的趋势，虽然各国的森林防火费用不断增加，但森林火灾发生次数和森林火灾面积并没有明显减少。特别是20世纪90年代后期，世界灾难性森林大火明显增多，数百万公顷热带森林被毁，严重破坏了全球的生态系统平衡，并增加了大气中二氧化碳等温室气体含量。同时，严重的森林火灾还引起了土壤的荒漠化，并对全球的经济产生巨大影响。

我国是一个森林火灾频繁发生且森林资源相对匾乏的国家。落后的森林防火技术手段和薄弱的基础设施严重制约了森林防火工作的进展，并给人民生命财产和生存环境带来巨大的破坏。据统计，1950～1997年全国共发生森林火灾67.6万次，平均每年发生森林火灾1.43万次，累计森林受灾面积为3645.6万hm2，占我国森林面积的29.4%，森林年均受灾面积82.2万hm2，年均森林受害率达0.63%，并给国家造成70～100亿元的直接经济损失。近年来，我国森林火灾呈上升趋势。进入21世纪后，我国森林防火形势一直处于严峻的状态［1］。鉴于我国森林资源的实际状况和森林火灾的严重危害性，加强森林火险预测预报工作，对于提高我国的森林覆盖、保护生态环境和人民生命财产安全，具有重要的现实意义。

2 火险预报研究历程

在林火管理工作中，人们已意识到发展具有预报能力的火险等级系统的重要性。森林火险预报研究从20世纪20年代开始，迄今已有80余年的历史，在世界各国发展很快。其中，美国和加拿大是开展森林火险研究最早、取得研究成果最多的国家［2］。1914年，美国的道鲍思（Coett Dubois）在加利福尼亚森林系统林火预报（Systematic Fire prediction in California Forests）文章中最早提出了关于林火预报的概念，但道鲍思仅给出了森林火险预报的一般概念性描述，没有提出具体测定和预报火险的方法。1925年，美国开始系统地开展林火预报研究工作。代表人物是吉思波恩（H.T.Gisbome）［3］，提出了多因子预报方法，并于1933年研制出用于实际火险等级预报的火险尺。1925年，加拿大的莱特（J.G.Wright）提出用空气相对湿度预估林火发生方法，并以相对湿度50%为界限，小于50%就有发生林火的可能。

20世纪40年代，前苏联以聂斯切洛夫为代表，提出了综合指标法，利用每日最高气温和水汽饱和差乘积的累积值来估计森林的易燃程度。日本科学家富山久尚提出了实效湿度法，利用空气湿度与可燃物含水率之间的关系，通过逐日空气相对湿度来判断火险高低。

综上所述，各国虽然采用的森林火险预报方法不尽相同，但原理基本一致，预报结果大都限于一些定性的火险天气特征，属于单纯的火险天气预报。

在20世纪50年代到60年代期间，研究林火预测预报的国家越来越多，研究水平也不断提高，其中发展较快有美国、加拿大、澳大利亚和前苏联等国。美国于1972年，以狄明（J.E.Deeming）［4］为代表，研制出了第一套美国国家火险等级系统（NFDRS），并于1978年做了进一步修正。美国国家火险等级系统包括“点燃组分”、“能量释放组分”、“蔓延组分”和“燃烧指数”这四个火险指数，并基于这四个指数推算出“火负荷”指数，用来反映控火难易程度和任务量。80年代，美国又研制了“火行为预报和可燃物模型系统（BEHAVE）”。美国国家火险等级系统既能做火险等级预报，又能做林火发生预报，还能进行火行为预报，代表了当今林火预报的最高水平。

美国国家火险等级预报系统问世不久，以瓦格那（C.E.Van Wagner）［5］为代表的加拿大科学家于1974年发布了“加拿大火险天气指标系统”，成为加拿大国家级火险预报系统。该系统是在大量点火试验和气象资料的基础上，从可燃物含水率平衡理论出发，通过一系列推导、计算，最后以火险天气指标（FWI）来进行火险预报。1987年，加拿大集中四家主要林火研究单位共同开发了加拿大森林火险等级系统（Canadian Forest Fire Danger Rating System，CFFDRS）。该系统由天气指标系统（FWI）、火行为预报（FBP）和火发生预报（FOP）三个子系统组成。其中FWI和FBP己在加拿大各省应用。90年代以来，又研究出了“人为火日发生预报”方法，系统功能不断增强和完善。

澳大利亚林火预报始于20世纪60年代，并以大量野外点火试验为基础来开展火险预报研究。主要代表人物是迈克阿瑟（A.G.McAnhur）［6］，于1966年研制出了用于林火预报的森林火险尺和用于草地火预报的草地火险尺。70年代通过进一步修订和完善，增强了火行为预报功能，并一直延用至今。

欧洲林火信息系统（EFFIS）（http：／／effis.jrc.ec.europa.eu／，accessed 19January 2009）由2部分组成，其中一部分是森林火险预报系统（EFFRFS），在火险高峰期提供火险预测预报。该系统使用不同的火险指数和气象数据进行长期和短期的火险预测预报。目前它所涵盖的范围包括了地中海的几个国家以及德国、芬兰、澳大利亚、塞浦路斯、保加利亚、罗马尼亚等国。欧洲林火信息系统（EFFI）正朝着成为动态体现林火信息的系统方向发展，它是一个网络界面系统，用户可以在其中搜索到欧洲区域任何一个地方的火险信息。

我国林火预报研究工作起步较晚，比西方发达国家晚30～40年，且主要是在前苏联、美国、加拿大等国的成果基础上，结合我国的实际情况进行的。大体上可以分为两大阶段：建国初期到1976年，这一时期所应用的方法基本上是引用或改进前苏联，日本和美国的一些方法。1976年以后才开始广泛地研究自己的林火预报方法，到1987年后得到迅速发展。

双指标法也称着火指标与蔓延指标法，是中国科学院林业土壤研究所王正非等（1958）根据1955～1958年在东北、内蒙古地区进行防火研究提出来的。该方法基于多种气象因子综合影响，进而对森林火险进行预报，并于50～60年代在我国东北及西南林区得以应用。多因子相关概率火险天气预报法是由伊春市气象局和伊春市防火指挥部研制出的一种适合小兴安岭地区的林火预报方法。“801”森林火险天气预报系统是黑龙江省森林保护研究所研究得出的一种火险天气预报方法。经过几年的试用，“801”森林火险天气预报方法从设计原理、指标的计算及预报应用效果等方面都已基本上得到肯定。林火发生预报法（又称人为火发生预报）是东北林业大学以大兴安岭地区为背景，通过对影响林火发生诸多因子的统计分析，利用数量化理论来预报某一林业局某年某月某日是否能发生林火的方法。此法曾经是我国唯一能预报林火是否发生的方法。三指标单点森林火险预报是由黑龙江省森林保护研究所王正非（1988）［7］提出的。该方法的火险等级预报是经过大量实室内和野外（无风条件下）点火试验，以火的初始蔓延速度R为指标来划分的。多因子综合指标森林火险预报法是大兴安岭地区气象局于1985年研制出的林火预报方法。该方法根据林火资料和同期相应气象数据的对比分析，引入模糊集概念，研究了森林火险发生的客观规律，探讨了各种气象因子影响林火发生的特征值和临界值，建立了识别森林火灾危险程度的数学模型和火险等级系统，研制的一套比较成功的中期和短期火险预报模式。这些方法的预报精度比较高，大多通过省、部级成果鉴定，达到国内先进水平，目前这些方法仍在使用中。到了20世纪70、80年代，全国各林区根据当地的气象要素、历史火灾情况以及可燃物含水率等研制了10多种森林火险天气预报方法。肖飞（1996）［8］利用土壤干旱度指数（SDI）作为小兴安岭的森林火险气象指数进行森林火险预报。1998年国家气象中心结合美国洛杉矶林业试验站布龙—戴维斯方案，利用特大火灾历史数据库验证研制出了国家级的森林火险气象指数，目前该指数仍在国家气象中心日常预报业务中使用。郑海青［9］（2001）、李兴华（2001）［10］等人分别提出了福建省和内蒙古的森林火险气象指数计算方法。张映堂（1995）［11］、李春燕（1994）［12］、覃先林（2001）［13］还利用气象条件与林中可燃物含水量的关系相继建立了我国西南林区、东北林区的森林火险气象指数的预报模型。

国内现有数十种林火预报方法，并在我国部分地区都得到相应的推广和使用。目前，国内现有林火预报方法主要从气象因素角度来研究和探讨林火发生规律，仅考虑了气象因素对林火发生的影响，没有考虑可燃物特性、地形及火源等因素对林火发生的贡献。由于其预报所需要的输入变量较少且容易获得，以上林火预报方法具有简单易操作和容易被推广等优点，并在我国森林防火工作中发挥了巨大的作用。

3 我国火险预报研究存在的问题和对策

林火的发生受气象、可燃物、地形以及人类活动等的影响。尤其是可燃物，作为林火发生和燃烧的实体，对森林火灾的发生有着最直接的影响。因此，仅从气象因素角度来研究和探讨林火发生规律而忽略可燃物的贡献，势必影响林火预报的准确性和时效性。虽然我国已研制和发展出数十种火险预报方法，但到目前为止还没有建立一套综合考虑气象条件、植被条件、地形条件以及人类活动等影响因素的国家级林火预测预报系统。我国各级林火管理部门发布的“森林火险天气预报”仅考虑了气象因子，没有考虑森林可燃物对发生林火的危险性贡献，一些地区发布的“森林火险预报”虽然考虑了森林可燃物和气象因子的影响，然而由于没有考虑由气象条件影响的可燃物湿度和由物候影响的可燃物载量的动态变化，难以动态获取预测区的可燃物萌发／枯萎、细小可燃物含水状况等森林火险因子的观测数据，严重地制约了林火的准确预报，且林火预报的空间位置粗略、时效性差，不能满足各级森林防火工作的实际需求。因此，有必要基于有机耦合环境因子和生态系统的火险指数，来准确描述不同地区和环境的火险信息，并结合科学的预报技术，从而建立一套适合中国的国家火险等级系统。

［1］王明玉.气候变化背景下中国林火响应特征及趋势［D］.北京：中国林业科学院，2009.

［2］赵凤君，舒立福，田晓瑞.气候变化与林火研究综述［J］.森林防火，2005，4（1）：19－21.

［3］Gisborne H T.The effect of weather on the inflammability of forest fire fuels.USDA Forest Service Northern Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station Applied Forestry Note 58.（Missoula，MT），1925.

［4］Deeming J E，Lancaster J W，Fosberg M A.et al.National fire－danger－rating system.USDA Forest Service，Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station Research，1972，Paper RM－84.（Fort Collins，CO）.

［5］Van Wagner C E.Structure of the Canadian forest fire weather index.Dept.of the Environment，Canadian Forest Service（Ottawa），1974.

［6］McArthur AG.Weather and grassland fire behaviour.Forestry and Timber Bureau，Australia，1966，Leaflet No.100.（Canberra）.

［7］王正非.三指标林火预报法［J］.生态学杂志，1988，7（增）：75－81.

［8］肖飞，金希蕾，张学龙.森林大火潜在危险和可燃物干旱度研究［J］.灾害学，1996，11（4）：54－57.

［9］郑海青，陈敬平，张星，等.福建省森林火险等级预报系统［J］.中国农业气象，2001，22（3）：37－49.

［10］李兴华，郝润全，李云鹏.内蒙古森林草原火险等级预报方法研究及系统开发［J］.内蒙古气象，2001，3：32－35.

［11］张映堂，霍义强.滇中地区森林火险等级系统预报方法的研究.［J］.林业科学，1995，31（3）：239－246.

［12］李春燕.森林可燃物含水率与火险等级关系的研究［J］.云南林业调查规划，1994，10：37－42.

［13］覃先林，张子辉，易浩若，等.一种预测森林可燃物含水率的方法.［J］.火灾科学，2001，10（3）：159－162.