清远市森林火险气象指数变化特征分析

罗瑞婷 殷美祥 彭窈 胡琼文

摘要 利用清远市气象站1976—2015年逐日气象观测资料，通过布龙-戴维斯方案及修正后的布龙-戴维斯方案计算出森林火险气象指数，采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法，分析清远市森林火险变化特征。结果表明，近40年来清远市森林火险气象指数增长趋势明显，火险指数年内变化具有季节性特征，从夏季开始逐渐增加，9月—次年2月指数比较高，10月份达到峰值，春季开始指数逐渐下降，5月降至最低值；Mann-Kendall突变检验分析表明，从20世纪80年代初火险指数呈明显上升趋势，上升的突变点是1994年；小波分析表明，火险指数存在16～32、11～23年尺度的准2次振荡，27年左右的周期振荡最强，为指数变化的第1主周期，18和5年时间尺度分别为指数变化的第2、第3主周期，3个周期的波动控制着指数在整个时间域内的变化特征。

关键词 森林火险气象指数；变化特征；突变检验；小波分析；清远市

中图分类号 S762 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）14-0163-03

Analysis on the Change Characteristics of Forest Fire Weather Index of Qingyuan City

LUO Ruiting1，YIN Meixiang2，PENG Yao3 et al （1.Qingyuan Early Warning Information Publishing Center，Qingyuan，Guangdong 511510；2.Guangdong Meteorological Public Service Center，Guangzhou，Guangdong 510640；3.Qingxin District Meteorological Bureau， Qingyuan， Guangdong 511800）

Abstract Using daily meteorological observation data from Qingyuan City Meteorological Station from 1976 to 2015， the forest fire weather index was calculated by the BronDavies scheme and the modified BronDavies scheme， the linear tendency estimation method，MannKendall mutation，wavelet analysis and other methods were used to analyze the change characteristics of forest fire in Qingyuan City.In the past 40 years， the growth trend of forest fire weather index in Qingyuan City had been obvious.The change of forest fire weather index had seasonal characteristics，it began to rise in the summer，September to February was higher，the peak appeared in October.It began to fall from spring， the lowest value appeared in May.MannKendall showed that the forest fire weather index had been on the rise since the early 1980s，the rising point of mutation was 1994.Wavelet analysis showed that the forest fire weather index appeared Quasi two concussion of 16-32 years and 11-23 years scale， the period of 27 years was the strongest， which was the first main period of index changes， the 18 and 5 year scales were the second and third main period of index changes.The fluctuations in the three cycles control the change characteristics of the index in the whole time domain.

Key words Forest fire weather index；Change characteristic；Mutation test； Wavelet analysis； Qingyuan City

森林火險与降水量、气温、相对湿度、风等气象因子和气候条件密切相关[1-2]。全球气候变化趋暖加剧了森林火灾的发生，森林火释放巨大的烟尘严重污染大气环境，又进一步加剧气候变化。早在20世纪50年代，我国气象和林业专家在前苏联、加拿大、 美国等研究成果的基础上，开始对森林火险气象指数进行研究[3-5]。国家气象中心利用特大火灾历史数据反复验证，对美国的布龙-戴维斯方案进行了修正，并运用到日常业务中。郑海青等[6]也提出了福建省的森林火险气象指数的计算方法。戴丛蕊等[7]、鲁韦坤等[8]利用多个气象因子和森林火险气象指数分级指标，研究出了云南省森林火险气象等级预报模式。清远市位于广东省西北部，北江中下游、南岭山脉南侧与珠江三角洲的结合带上，森林覆盖率高，据2003年林业统计资料汇编反映，全市林业用地面积1 390 568 hm2，是广东省的重点林区。因此，分析清远市森林火险指数变化特征对提高森林火险等级预报准确率和防灾减灾能力具有重要的意义。笔者利用1976—2015年清远市气象站逐日气象观测资料，采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验和小波分析法，分析了近40年来清远市森林火险气象指数变化特征。

1 资料与方法

选取清远市气象站1976—2015年逐日气象观测资料，利用布龙-戴维斯方案（公式1）及修正后的布龙-戴维斯方案（公式2），并经过加权平均、地表状况和降水系数订正最终得出森林火险气象指数I

式中，v、T、f分别为14：00风速（m/s）、气温（℃）、相对湿度（%），F为可燃物湿度+14：00相对湿度×0.25（%），m为连续无雨日数（d），Iv（v）、IT（T）、…、I′m（m）是由布龙-戴维斯火险气象因子及其指数查对表（表略）及修正后的布龙-戴维斯火险气象因子及其指数查对表（表略）查算得出。Cr是降水修正系数，当日有降水Cr=0，当日无降水Cr=1；Cs是地表修正系数，取值为1；A、B为权重系数0.3与0.7，最终计算出清远市森林火险气象指数Inmc。然后利用线性倾向估计法、Mann-Kendall 突变检验分析及小波分析等方法[5，9-10]，分析清远市森林火险气象指数变化特征。

2 结果与分析

2.1 森林火险气象指数时间分布特征

2.1.1 年际、年代际变化特征。从图1可看出，近40年来清远市年森林火险气象指数总体呈线性增长趋势，相关系数r=0.469 8，通过t=0.01的显著性水平检验，表明在信度为0.01的水平下清远市森林火险气象指数增长趋势明显；由5年滑动平均变化趋势可得出，20世纪70年代末—80年代初森林火险气象指数呈波动下降趋势，而20世纪80年代初—2015年呈缓慢波动增长趋势。

2.2 森林火险气象指数的突變检验

由Mann-Kendall 突变检验变化曲线（图3）中的UF曲线得知，从20世纪80年代初开始，清远市森林火险气象指数呈现波动上升的趋势，1991、2000、2011年为波峰，1983、1994、2002年为波谷，1994年后增加趋势更为显著，2003年后显著性水平大于 0.05 临界线（U=±1.96），甚至超过0.001显著性水平（U=±2.56），表明清远市森林火险气象指数上升趋势是非常显 著的。UF和UB曲线存在一个交点，表明在1994年存在突变，且这种突变通过了0.05的显著性检验。

2.3 森林火险气象指数的小波分析 由图4a可知，1976—2015年清远市森林火险气象指数变化过程中存在23～32、16～32、11～23和3～11年的4类尺度的周期变化规律。其中，在16～32、11～23年尺度上均出现了偏高-偏低交替的准2次振荡，而3～11年尺度的周期变化在1995年后表现较为稳定。

小波变换系数的模值能反映能量密度，是各种时间尺度变化周期所对应的能量密度在时间域中的分布情况，系数模值越大，说明其所对应时段和尺度的周期性就越明显。从图4b可以看出，在清远市森林火险气象指数变化过程中，19～32年时间尺度模值最大，说明该时间尺度周期变化最明显，4～18年时间尺度的周期变化次之，其他时间尺度的周期性变化较小。

小波变换系数的模方能显示出不同周期的振荡能量，等同于小波能量谱。由图4c可知，18～32年时间尺度的能量最强、周期最显著，14～20和3～7年时间尺度能量虽然较弱，但周期分布比较明显。

小波方差则表示时间序列中该尺度周期波动的强弱，能反映清远市森林火险气象指数时间序列的波动能量随尺度的分布情况，可用

来确定指数变化过程中存在的主周期。从图5可看出，1976—2015年清远市森林火险气象指数存在3 个较为明显的峰值，它们依次对应着5、18、27年的时间尺度。其中，最大峰值对应着27年的时间尺度，说明27年左

右的周期振荡最强，为清远市森林火险气象指数变化的第1主周期；18年时间尺度对应着第2峰值，为指数变化的第2主周期；第3峰值对应着5年的时间尺度，为指数变化的第3主周期。说明这3个周期的波动控制着指数在整个时间域内的变化特征。

3 小结

（1）近40年来清远市森林火险气象指数增长趋势明显，火险指数年内变化具有季节性特征，9月—次年2月指数比较高，10月份达到峰值，春季开始指数逐渐下降，5月降至最低值，并通过t=0.01的显著性水平检验，表明这种变化趋势非常显著。

（2）Mann-Kendall 突变检验分析表明，从20世纪80年代初开始清远市森林火险气象指数呈明显上升趋势，上升的突变点是1994年。

（3）小波分析表明，近40年来清远市森林火险气象指数存在16～32、11～23年尺度的准2次振荡，27年左右的周期振荡最强，为指数变化的第1主周期，18和5年时间尺度分别为指数变化的第2、第3主周期，3个周期的波动控制着指数在整个时间域内的变化特征。

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