美丽中国背景下林火预警模型建设的必要性研究

杨月兵，李雨珑

(南京林业大学 经济管理学院，江苏 南京 210037)



美丽中国背景下林火预警模型建设的必要性研究

杨月兵，李雨珑

(南京林业大学 经济管理学院，江苏 南京 210037)

摘要：指出了生态环境问题早已成为党和国家关心的重大问题，尤其在“十八大”报告中提出生态文明建设后，其更是成为全民热议的话题。近几年出现的雾霾等严重空气污染题迫使人们更加关注这一问题的解决途径。美丽中国的提出更加明确地表现出对山美、水美、人美中国的渴望，建设美丽中国的道路上“绿色”保护成为第一步。着眼于建设林火预警模型对解决日益严峻的森林火灾现状具有必要性。

关键词：森林火灾；生态环境；预警模型；必要性

1前言

有着地球之肺称号的森林，作为一种自然资源,为使其能够实现可持续经营,必须要实行有效的管理办法。森林作为重要的自然资源,森林生态系统具有经济效益、生态效益和社会效益3大效益,该生态系统的正常运行对经济发展、人类生存和社会进步都有非常重要的意义。其森林资源对维持陆地生态系统的平衡起着重要的支撑作用(叶镜中 ,1991)。一般情况下，宏观的国有经济发展战略是指导林业经济管理、经营模式变化的主要依据，在现代化经济市场格局变化的大背景下，林业经济发展模、发展内涵、发展特征对其经济系统的功能性影响非常大(于文国，刘玉梅，白宇 2014)。森林资源因其独特的价值已成为一种极其重要的自然资源，越来越多的专家学者开始重视对森林资源的价值进行准确的评价核算。随着文化的不断发展，跨学科之间的相互交叉、交流的不断加强,对森林资源价值的评价也不仅限在林业研究领域。对森林资源的保护成为林业研究的首要任务，而破坏森林资源的因素无外乎自然和人为两方面因素。因此针对森林火灾预警模型的研究正日趋成为相关专家的研究重点。

2森林火灾的特点及危害

森林火灾是由于自然因素或者人为因素而引发的林木起火,这里所说的森林火灾是指失去了控制，在林地范围内肆意蔓延和扩展的火灾。严重危害林木资源、森林生态系统和人类生存环境的稳健运行。森林大火具有突发性强、破坏性大、处置救助困难的特性,因此森林火灾已经成为森林最致命的敌人,预防森林火灾的发生己经成为保护森林生态安全的重要手段。

林火造成的危害对社会发展、生态环境以及人的心理都有一定影响。第一，生态环境方面产生的影响。森林大火在烧毁大量林木资源的同时，还导致森林覆盖面积的减少，并且严重破坏了森林结构和森林环境，导致森林生态系统失去平衡，森林生物量下降，生产力减弱，动物和鸟类减少，甚至造成人畜伤亡；土壤表面的炭化增温，将加速火烧迹地干燥，导致喜光性杂草丛生，不利于森林更新或造成耐极端生态条件的低价值森林更替；并且森林火灾还对水文、水土、水质、水生生物等有着巨大的负面影响。第二，社会经济发展方面的影响，包括对林木种植者的经济影响以及林业经济系统可持续发展等产生的影响；第三，人的心理影响方面主要是评估灾害对人心理能产生的巨大影响，如果受到这种影响的人数较多，则可能由个人心理问题发展成为社会问题。

3国外森林火灾发生情况

每年全世界范围内发生森林火灾几十万起，受到影响的森林面积达几百万hm2，大约占到森林总面积的0.1 % (徐爱俊，李清泉，方陆明，2003)。尤其是20世纪80年代以来，面对不断变暖的全球气候，发生的森林火灾也逐渐呈现成上升态势，90 年代，加拿大爆发的一系列森林火灾，烧毁的森林面积不断增加。年均烧林面积280 万hm2，等于年森林采伐面积的3倍，年均用于防火的经费达5亿加元，相当于加拿大林业管理费的24 %，木材损失量约1.3 亿m3，约占年采伐量的73 %，经济损失近 12 亿加元(仅指立木的价值)。1998年5～7月，俄罗斯哈巴罗夫斯克边疆区森林大火，过火总面积 220. 18 万hm2，其中有林地 156.33万 m2，林木受害损失15429.8万 m2，造成经济损失15.56亿卢布，造成的生态损失为 30.02亿卢布，2项相加，1998年火灾造成损失45.58亿卢布。同时，森林火灾对大气碳平衡产生极大影响，产生1657.85 万t碳排放，灾后的碳排放将为 4787.25 万t(舒立福,1998)。1989年，美国黄石森林公园发生的森林大火，烧毁的林地面积近50 万hm2，墨西哥在1988～1989的2年时间内发生的森林火灾烧毁了近12 万hm2热带雨林面积，1999～2000年期间，美国西部森林火灾面积逾200 万hm2，澳大利亚悉尼在2001年发生的森林火灾烧毁近70 hm2的森林(舒立福，田晓瑞，寇晓军，2003)；这一系列林火付出的代价是巨大的经济财富和人力成本。可见，森林火灾已经成为人类亟待解决的重要自然灾害之一。面对严重的森林火灾造成的巨大的经济损失和环境破坏，为了应对频繁发生的森林火灾，20世纪20年代国外已经开始了森林火险预报的研究，迄今已有80余年的历史。尤以美国和加拿大为代表，他们是开展森林火险研究工作最早、取得研究成果最多的国家(覃先林，张子辉，李增元等，2010)。林火预警系统的成功应用也给人们带来了巨大的经济效益和生态效益。国外森林防火的成功案例也给中国建设林火预警模型起到了一定的积极影响。

4中国森林资源现状以及林火威胁

我国森林资源现状，从国家林业局获知：第8次全国森林资源清查结果显示，到2013年，我国森林覆盖率为21.63 %，全国森林面积2.08亿 hm2，森林蓄积量151.37 亿m3。人工林面积0.69亿 hm2，蓄积24.83 亿m3(中国林业网，2014)。

我国既是一个林业资源大国，又是一个人均林业资源占有量极少的国家，面对森林大面积火灾，如何预防森林火灾的发生俨然成为我国发展林业经济的首要手段。由于现在我国森林火灾预警技术的落后以及预警基础设施建设不够完善导致严重地约束了我国森林防火工作的开展，我国面临的森林火灾威胁，统计资料显示，1950～2011年，全国范围内发生的森林火灾次数约为7.78×105次，年均发生次数约为12548次，全世界年均发生森林火灾次数约20万次，中国占世界的6.3 %左右(周雪，张颖,2014)。2012年，国家统计局统计当年森林火灾次数为3966次，伤亡人数21人，其他损失折款1080154万元(国家数据，2012)。最新的2014年中国统计年鉴显示：2014年共发生森林火灾3703次，其中重大火灾①2次，特大火灾②1次，火场总面积55340 hm2，比2013年的42890 hm2上涨29.03 %，受灾森林面积19110 hm2，共耗费的扑火经费9897.54万元，比上一年增加8.42 %，出动扑火人工数817326，比2013年增加2.69 %，2014年受伤人数59人，死亡人数53人，较上一年分别增加247.06 %、39.47 %。如此惊人的数字背后是更严重的生态效益和经济效益的损失。例如：2004年10月16日，广州市从化区某林场发生的一起人为森林火灾。根据调查获得数据及当地实际情况，这场火灾造成的立木损失额32836元，林区林副产品及农牧业产品的损失额10000元，幼林损失额110000元，烧毁的已伐木材及木制品的损失40000元。固定资产损失(烧毁的民房建筑及机械设备)额66800元，现场施救费用额58500元，善后处理费用额50000元，此次火灾共造成经济效益损失额418136元(袁桂萍，魏彩完,2013)。1987年我国大兴安岭发生的“5·6”特大森林火灾，令世界震惊，带来的损失是非常巨大的。然而这些只是初步估计的经济损失，森林火灾造成的生态效益损失更是难以估量，这些损失包括了：水土保持、涵养水源、森林造氧、森林抑制风沙、森林减轻水旱、森林消除噪音方面的损失等。因此，面对森林火灾导致的系列危害，加强和发展森林防火技术势在必行。从2014年最新数据看出，目前我国发生的森林火灾总体趋势是：发生林火的次数以及面积可能出现增长的趋势，但重大森林火灾和特别重大森林火灾将呈现下降趋势。

5国内外森林火灾预警模型研究现状

5.1国外森林火灾预警模型研究简介

20世纪20年代，国外学者开始了森林火灾预警模型的研究。经过几十年的研究历史,森林火灾预警技术在世界范围内快速发展。美国的森林火险预报工作始于20世纪初期，1936年Gisborne提出多因子预报方法 (郑焕能，居恩德，1988)。自1968年起，美国林务局开始研究建立基于物理原理的森林火险等级预报系统，这是美国国家级森林火险预报系统的起源；并分别在1972年和1978年形成了国家级火险预报系统。20世纪80年代，将遥感技术应用于影响森林火险等级的因子的监测方法研究中，即用AVHRR卫星数据估测可燃物的长势和含水量的方法，但在1988年形成的国家级森林火险预报系统中，并没有应用该方法。经过几十年的实践与修正，于2001年形成了新的森林火险预报系统，该系统以1km2的火险潜在指数(fire potential index，FPI)图来定量化预报火险等级。系统中不仅利用了TM卫星数据生成的美国全国森林可燃物分类结果图，而且还将利用NOAA/AVHRR数据按旬生成可燃物的长势和活可燃物的含水量应用于预报模型中，引用GIS技术进行火险等级制图等。该系统是全美日常森林防火指挥的一项重要依据，它可以分别预测地方级、区域级和国家级的森林火险等级。近年来，美国学者仍在不断地引进遥感、GIS、网络等新技术、新方法，对该系统进行完善(CARLSON J D, BURGAN R E, DAVID M E, et al, 2002；HARDY C C. HARDY C E, 2007)。

加拿大学者采用的是基于以火烧试验为主的森林火险预报方法。在1928年Wright首先采用空气相对湿度进行火险预报，经过几十年的探索，在1972年加拿大构建了“加拿大森林火灾天气指标系统”。该系统是建立在大量火灾和天气资料以及野外试验数据的基础上,依据水热平衡的原理,预报全国统一的3种可燃物湿度数据,每天只需要测定相对空气湿度、风速、气温以及降雨量这4个气象因子就可以预测出3天的森林火险等级。当年，美国也提出了国家级森林火险系统,计算着火情况、蔓延情况和能量释放情况,并要明确3个独立参数,即雷击火发生参数、人为火发生参数和森林燃烧参数,将这3个参数又归结为火负荷参数 (Anderws,1982；Chenye,1981)。加拿大各地的森林防火中心依据该系统预报的结果，及时调配救援团队、巡护飞机、空降扑火队等救援力量，实现了对森林火灾的科学、主动的预防。一直以来，加拿大学者都在对该系统进行改进(SNYDER R L,SPANO D,DUCE P,et al,2006)。通过多年的努力研究和探索，于1987年建立了“加拿大森林火险等级系统”(覃先林，2005)。加拿大的森林防火相关部门运用该系统获得的基本预测结果，确保能够及时调动各种森林防护力量或者给予着火林区扑火队等力量，实现了森林火灾预防上的主动性与科学性(覃先林，2005)。

此外，英国、法国、澳大利亚等国家也都根据各自国家的具体国情开展了相应的森林火险天气登记预报预警方面的研究工作(陈述彭，鲁学军，周成虎，1999)。西班牙、巴西等国家的科技人员也将最新的遥感和GIS等先进技术应用在森林火灾的预警模型中，并依据这些数据建立了相应的森林火险预报系统(HUESCA M, LITAGO J, ORUETA A P,et al. 2009)。

5.2国内林火预警问题研究现状

直到1955年，我国才开始研究森林火灾预警。我国对森林火灾预警的研究主要是借鉴苏联、加拿大、美国等发达国家已有的研究成果和经验的同时，根据我国森林资源的具体分布情况开展研究的。由于缺乏相关经验、技术以及人才，林火预警系统前期的研究进程比较缓慢。但在1978 年以后有了很大的改观，我国学者根据以往的森林火险预警经验进行了改进，使我国在森林火灾的预警方面走上了快速发展的道路。至20世纪80年代末时，我国已经研发成功了10多种火险天气预报的方法。比较有影响力的预报途径有：综合指标模型预报方法、火险天气等级预报系统、801 森林火险天气预报系统、森林火险天气预报、森林火灾危险天气预报等(覃先林，2005)。另外，我国学者还成功研制出多种火险尺预警方法，如大兴安岭、东北林业大学以及黑龙江省绥化地区研究成功的“火险尺”等(易浩若，纪平，覃先林，2004)。近些年，随着计算机技术的快速发展也使得互联网技术成为推进森林防火技术的强力工具和手段。不过，森林火险预报属于一个复杂的系统工程，其涉及到系统工程学、经济学、森林防火学、林火管理学等多学科知识，并且相关的影响因素也是多方面的，可见，森林预警系统还是一个能够不断完善的系统。

目前，我国学者研发的相关预警技术和系统可以代表国内林火预警的先进水平，且这些先进的方法和系统已经在国内得到了比较广泛的运用。东北林业大学林火预警研究小组的专家们结合以前对森林火险天气预报的研究成果，运用数量化方法成功研究出了“火灾发生预报”方法，此方法的具体方法是根据着火和不着火这2个样本，分析获得相应的线性判别函数，然后依据函数来搭建相应的数学模型，进而利用模型来预测某一天可能发生森林火灾的概率(叶兵，2000；宋志杰，1991)。

6国内林火预警研究的不足

通过对比国内外的森林火灾预警方法,与其它国家(如：美国和加拿大)相比,我国的森林火灾预警预报研究还存在以下几方面的不足。

6.1无可参考的国家级森林火险等级划分标准

在1978年，美国具有统一的“国家森林火险预报系统”。在经过10年的实际应用后，结合相应的实践数据进行了更正,使得该预报系统可以分别预测地方级、区域级和国家级的森林火险等级预报系统,同时全美日常森林防火指挥都要依据该系统进行调配(Mark A. Finney, 2003)。但从我国己有的相关研究结果来看,主要是针对不同地区开展了较为缜密的研究，而全国性的森林火险等级的划分标准及方法研究相对缺乏。因而我国还没有建立起国家级森林火险等级的划分标准,这也是我国森林火灾预警系统的一大不足。

6.2缺乏国家尺度的森林火险预警模型

经过几十年的探索,在我国许多地区己建立起了符合该地区特殊环境的森林火险预报模型,但是,由于我国地域跨度大、物种多样、经济发展极不平衡的现状,至今还没有研究出国家级的森林火险预警模型；也没有构建全国性的森林火险预报系统,更未开展面对全国的森林火险等级进行预报业务。目前应用较为广泛的的模型都是在研究特定地区森林火灾历史资料上研发的。因而各模型都有一定的地域性，使用范围上受到限制。

6.3侧重地区天气因素忽略可燃物的状态信息

从已有的文献资料来看,虽然针对我国不同林区的特点建立了森林火险预警系统,但是这些预警系统主要依靠所处地区的天气观测信息(如：温度、湿度、风速等)来进行森林火险等级的预警,而没有考虑到不同林区具有不同可燃物，不同可燃物着火系数不同等问题,所以现有预报模型中都没有给予其充分的考虑，从而使得模型的预报缺乏精度。

6.4先进技术的运用不够广泛和成熟

我国林区现有的预警系统,多数采用地面观测的方式(如：瞭望塔，实地巡逻等)进行预警,对现代信息技术如计算机技术、GPS、GIS等运用不够广泛和成熟。而根据预警系统所获得的预报结果常常缺乏准确性和实时性，导致森林火灾不能被及时发现造成巨大损失。

6.5森林火灾预警的研究开展得不平衡

近些年开展的林火预警研究中,大部分研究集中在东西部等多林地区,这些已构建的预警模型也更切合东北及西南林区的地域特点,目前东北林区的森林火灾预警研究较为透彻且应用广泛。但我国所储备的森林资源分布比较广泛，针对森林资源相对匮乏的中部地区研究较少,缺乏行之有效的森林火灾预警措施，也导致了不能全面地掌握和分析我国森林火灾的预警数据。

7结语

森林防火工程是一项复杂的系统工程,尽管现代科学技术的发展取得了长足的进步,但对如何控制森林大火，世界范围内仍没有一个行之有效的控制方法。因此，研发先进的森林防火技术,最大限度减少火灾损害成为各国重视的举措。这也加速了各国高新应用技术的发展,结合卫星遥感、GSI、GPS及计算机等现代化技术来研究森林火灾预警系统,新技术的应用必将推进世界森林防火技术的发展。此外,“绿色防火”也越来越受到世界各国的重视，这一技术在世界某些国家得到了一定地发展,也逐渐成为一种世界林火预警研究的方向(王春芳，2012)。

森林防火工程需要大量的经济投入，不断提升林火预警方面的基础设施建设，物质上提高森林火灾预警水平。但由于林火预警投资是一种非盈利性的投资，因此政府要在其中起到主导的作用。但一直以来，我国的林火预警投入较低。1988年起，财政每年补助林火预警基础设施建设的经费维持在5000万元左右，即使加上其它相关专项和地方配套投入，全国平均1 hm2林地投入资金不足2元(美国25元，韩国62元)，远低于发达国家在这方面的投入( 袁桂萍，魏彩完,2013)，导致我国建设的的林火预警基础设施不完善，林火预警设备更新不及时，防火器具储备不足，林火预警投资的规模远远跟不上当下森林防火设备建设的需要。再者，在使用上专项资金存在不合理情况以及林火预警资金利用效率低下等现象。为了应对这些问题，构建和谐、健康的专项资金使用规范，必须突破传统的资金经营观念，采用更符合时代要求的经济、行政、法律3方面并行的方法，加强林业相关部门和人员的思想政治教育，加大宣传，增强有关人员的责任意识。积极发动社会各方面的力量，使他们融入到森林防火投资建设中来。拓宽林火预警投资筹集渠道，实现林火预警建设专项投资，形成形式多样化、投资渠道多源化、投资主体多元化，国内外投资相结合，国家、地方、集体、个体投资一齐上的新格局，更好地实现对森林资源的保护和开发。

注释：

① 重大森林火灾：受害森林面积在100 hm2以上1000 hm2以下的，或者死亡10人以上30人以下的，或者重伤50人以上100人以下的。

② 特别重大森林火灾：受害森林面积在1000 hm2以上的，或者死亡30人以上的，或者重伤100人以上的。

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The Necessity of Forest Fire Early Warning Model Construction Under the Background of Beautiful China

Yang Yuebing,Li Yulong

(SchoolofEconomicsandManagement,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037)

Abstract:Ecological environment has become a major concern of the Party and the country. Especially in the 18thCongressReport on the construction of ecological civilization, the problem is becoming a hot topic of the whole people. In recent years, the haze and other serious air pollution problems force people to pay more attention to the solution of this problem. Beautiful China is put forward more clearly,i.e.the more beautiful mountain and water is demanded, and the first step to buildBeautiful China is “green”protection. This paper focused on the necessity to solve the increasingly serious forest fire problem by the constructionofforest fire model.

Key words:forest fire; ecological environment; early warning model; necessity

收稿日期：2016-03-27

作者简介：杨月兵(1989—)，男，南京林业大学经济管理学院硕士研究生。

中图分类号：S762.2

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0116-04