内蒙古草原火灾发生规律及影响因素研究

王啟德，闫德民，郭 宇，焦福东

（南京森林警察学院，江苏 南京 210023）

草原火灾作为一种自然现象，是草原生态系统的重要组成部分。从草原产生之初就有火与之相伴，草原火灾的存在是草原生态系统得以维持和发展的重要动力。草原生态系统具有防风固沙、保持水土、涵养水源、调节气候、维持生物多样性等功能[1]。中国是一个草原大国，草原面积3.93×108hm2，占国土总面积的41%。内蒙古草原面积位居全国第二，占到7.88×107hm2，但由于其特殊的地形，气候等因素，使内蒙古草原火灾受害面积达到2.15×103hm2，占全国总草原火灾受害面积的70.5%，远超草原面积最大的西藏[2，3]。草原火灾的相关研究对于促进草原生态系统的稳定和发展以及草原火灾的防控起到重要作用。本文通过对内蒙古草原近20年（1997-2016）发生的火灾信息数据进行统计和分析，总结草原火灾发生在不同年际、不同季节等时间尺度上的变化规律，同时分析出降水、气温、风及可燃物湿度等因素对内蒙古草原火灾的影响，对于我国草地生态系统的管理和草原火灾的防控具有重要意义。

1 研究区概况

内蒙古位于中国北部，地跨我国东北、华北、西北3大地区，地理位置介于东经97°10′～126°29′，北纬37°20′～53°20′，东西跨度约2400 km，南北相距1700 km，最高海拔高度3556 m，平均海拔1000 m左右。气候为温带大陆性季风气候，年降水量为50～450 mm，年平均温度为5.1℃；季节降水不均匀，春季温热干旱，夏季炎热多雨，秋冬季降水较少。内蒙古草原分布有明显的地带性，类型主要有草甸草原、典型草原、荒漠草原等。草地面积约占区域面积的66.8%[4]。

2 数据来源及研究方法

研究的数据来源于知网学术期刊（CNKI）有关内蒙古草原火灾期刊文献资料、《消防年鉴》（1997-2016）、《内蒙古统计年鉴》（1997-2016）及《中国统计年鉴》（2018）等资料，提取的数据用于分析草原火灾发生的规律和影响要素。利用Ex⁃cel对收集整理的草原火灾数据进行统计分析并作图，总结草原火灾发生的不同年际、不同季节等时间尺度上的变化规律，同时分析降水、气温、风及可燃物湿度等因素对内蒙古草原火灾产生的影响。

3 结果与分析

3.1 内蒙古草原火灾的时间分布规律

3.1.1 草原火灾的年际变化规律

1997-2016年近20年来内蒙古共发生草原火灾883起，平均每年约44起。近20年来内蒙古草原火灾整体呈波动趋势，如图1所示。图中呈现3峰态势，并且有一定的周期性。1997年草原火灾次数出现第一个峰，随后的两年火灾次数急剧下降，1998年年降水量陡然增高，植物大量生长，可燃物积累较多，使2000年出现了一个火灾次数的“小高峰”。之后的两年里，由于可燃物的减少出现火灾“低谷”。2001年之后降水量逐年升高，草原植被的盖度，高度增加，可燃物载量持续积累，致使草原火灾次数也不断上升，在2005年达到第二个峰值。草原火灾的频发也使可燃物载量急剧减少，之后的若干年内，年火灾次数一直处于一个稳定期。从2012年开始，年火灾次数有一次得到了大幅度的升高，短短3年之内再一次达到第3个高峰（图1）。

图1 草原火灾发生次数的年际变化

3.1.2 草原火灾的月变化规律

由图2可以看出，内蒙古草原火灾的月变化规律十分明显，全年共有两个峰，分别在4月和10月。内蒙古火灾发生主要集中在春秋两季。春耕和秋收时节，人们在野外用火较多，冬夏相对较少。降水主要集中在夏季（7-8月），雨热同期，气温日较差大，植物白天光合作用强烈，夜间呼吸作用微弱，致使植物体内大量积累有机物，植物生长旺盛，含水率大；白天气温较高的时候蒸腾作用剧烈，致使空气中水分含量加增大。所以，此时段几乎没有草原火灾产生。秋季（9-11月）气温下降快，降水减少，昼夜温差大，地被物凋落、枯死，易燃可燃物载量急剧上升，再加上此时段是秋收时节，人们野外用火增加，容易造成跑火，蔓延成草原火灾。冬季（12-2月）的气温除了14时左右可以达到0℃以上，多数时间都在0℃以下。所以，降雪融化缓慢，随积雪的积累，可燃物被覆盖，很难形成连续燃烧，此时段少有草原火灾发生。春季（3-6月）火灾发生次数是全年中最多的季节，占到全年火灾总次数的70%以上，人类活动变得频繁，开春耕种，清明节上坟烧纸等造成火源增多，并且在4月份的风速是全年月平均风速最大月份，特别容易造成跑火。所以，4月份是全年草原火灾的最高峰。

图2 草原火灾发生次数的月变化

3.1.3 草原火灾的时变化规律

图3 草原火灾发生次数的时变

由图3可知，草原火灾发生的时段主要集中在白天，即早上8点到晚上6点这个时间段。这个时间段也是人们生活，工作最活跃的时段，说明草原火灾的日变化与人们的日常生活息息相关。早上8点到晚上6点这个时段刚好是牧民外出放牧，农民春耕秋收，人员和车辆活动最频繁的时段，其中11时至下午3时是每日气温最高、风速最大、相对湿度最低的时段。这个时段有火源的产生很容易形成草原火灾，是草原火灾发生时段的高峰期。下午6时至次日7时是人类活动最小，此时段气温低、风速小、湿度大，不利于草原火灾的蔓延。所以，少有草原火灾在此时段发生。

3.2 内蒙古草原火灾发生的主要影响因素

3.2.1 月降水量对草原火灾发生的影响

图4 草原火灾发生次数和降水量随月份的变化

由图4可以看出，降水主要集中在夏季，占全年降水量的70%～75%，一方面，降水既为植物的快速生长提供了有利条件，又增加了空气中的水分，使可燃物不容易连续燃烧，草原火灾难以蔓延。入秋后降水量减少，植物大面积干枯，草原可燃物大量增加，此季节又是人们秋收的季节，人员活动频繁，大量用火，草原火灾增多。冬季的降水主要以降雪为主，雪的覆盖使可燃物与火源难以接触，并且冬季气温低，日照时间短，积雪一旦形成，融化非常缓慢。春季空气干燥，由于人们春耕，上坟烧纸等活动，火源众多，非常容易造成跑火，草原火灾易形成和蔓延。所以，此时段也是草原火灾灾最多的时段。

3.2.2 月平均温度对草原火灾发生频次的影响

图5 草原火灾发生次数和月平均温度随月份的变化

图5的温度曲线，整体呈现平滑态势，但是3到4月份升温较快，暴涨10℃左右。春天升温使积雪快速融化，蒸发掉大量水分，可燃物被直接暴露出来，物候干燥，遇火就着。在10到11月份气温突降10℃左右。秋季温度骤降，草原植物形成大量枯落物。一般情况下，同年产生的枯落物不能直接参与同年枯落物的分解，原因是温度的急剧下降，造成土壤微生物活动减缓甚至休眠，至少需要等到来年开春才能开始进行降解。所以秋季有大量可燃物存在，遇到火源特别容易蔓延。这两个气温的突变给草原带来的最直接的作用是使可燃物突然增加。所以，在图中4月和10月火灾发生次数上出现了全年中的两个最高峰。

3.2.3 月平均风速对草原火灾发生频次的影响

由图6可知，风速与草原火灾次数呈现明显的正相关关系。月平均风速达到3级以上，很容易形成草原火灾，图中全年火灾次数的最高点也是月平均风级的最高点，表示火的蔓延很大程度上会受到风速的影响，数据显示，在有草原火灾发生的当天，最大风速大于7 m/s的概率为78.3%。

图6 草原火灾发生次数和风速随月份的变化

3.2.4 月平均相对湿度对草原火灾发生频次的影响

由图7可知，相对湿度与草原火灾次数有强烈的反相关关系。即湿度越大草原火灾发生的概率越小，湿度越小草原火灾发生的概率越大。相对湿度在60%以上时，几乎无火灾发生；相对湿度在51%～59%之内火灾发生的概率也相对较小；相对湿度在40%～50%之间有较多次数的草原火灾产生。相对湿度40%是草原火灾能否产生的一个阈值，细小可燃物在阳光下是否可燃的阈值为30%～40%。

图7 草原火灾发生次数和相对湿度随月份的变化

4 变化规律成因讨论

4.1 草原火灾的时间变化规律

从图1中可以看得出，在每一次火灾的高峰年之后的几年里，都会出现火灾低谷期或者平稳期，说明草原可燃物在自然界中是有限的，草原火灾的出现可以有效降低可燃物载量。草原火灾作为草原生态系统中的火因子，这里我们将二者当作草原生态系统中两种有机的组分，会发现草原火灾次数与可燃物载量存在着一种负反馈调节机制，可燃物载量会随降水量的增多而逐渐增大，草原火灾发生频次也相应增多。同时，草原火灾的增多也限制了可燃物的持续增加，当可燃物减少，草原火灾也随之减少。二者的一消一涨之间构成了一种动态平衡，共同限制着草原可燃物载量的持续增多，使其稳定在一个范围内，相互制约，相互依存，在数量上形成一种动态平衡。共同维护草原生态系统的生物多样性，为促进草原生态系统稳定发展提供保障。

草原火灾的发生在季节上呈现春季最多，秋季次之，冬夏两季最少的特点，主要与草原上复杂的气候密切相关。内蒙古草原主要受温带大陆性气候的影响，内蒙古草原地处内陆，远离海洋，又有大兴安岭和太行山脉的阻挡，海洋上产生的湿润气团难以到达，水汽匮乏。冬季受到西伯利亚寒流的影响，气温较为寒冷，以降雪为主，全年气候冬冷夏热，干燥少雨。春季南方暖气团向北推进，但受到大兴安岭，太行山脉的阻挡，水汽不能通过，干热的空气继续爬升，越过山脉，到达内蒙古高原，使内蒙古地区气温迅速回升，冰雪快速消融，物候极度干燥，再加上此时段是全年风速最大的季节，非常有利于草原火灾的蔓延，所以春季也是草原火灾发生最频繁的季节。草原火灾的发生在日变化中呈白天多，夜间少的特点，这主要与人们的作息规律有关。

4.2 降水对草原火灾发生规律的影响

降水主要从两方面影响草原火灾的发生和发展。一方面，从长远来看，降水是草原植物生长繁殖的直接水源来源，也是植物生存的根本。降水的增多会使草原植物大量增多，也就是使草原可燃物载量大量增加，为草原火灾的产生奠定了物质基础，增大草原火灾的起火概率。另一方面，短期来看，降水会使空气相对湿度升高，夏季降水较多的时候，草原火灾几乎不会发生，短期内降水的发生直接抑制草原火灾的发生[5]。

4.3 温湿度及风速对草原火灾发生的影响

温度的变化最直接的影响是对植物体含水率的变化，温度升高对于活体植物来说蒸腾作用加剧，水分大量流失，高温对于死可燃物来说加速其体内的水分蒸发，降低着火点，使得可燃物变得更加易燃。

大风能带走大量水汽，使可燃物加速干燥。在火蔓延的时候风成了有力的“助推器”，既加快了火蔓延的速度，又为火的燃烧提供了源源不断的新鲜空气，助燃火势，草原可燃物燃烧时风向决定了火的下一步走向，风速决定了火蔓延的速度，所以说风是草原火灾蔓延的重要影响因子之一。相对湿度是直接衡量可燃物干燥程度的标尺。直接决定了火能否着，着多大，着多快。它由之前所提到的降水量、温度、风速、植物的蒸腾作用等要素共同决定。因此，最小相对湿度在很多火险等级的预报中常被当作其中一个重要指标。

5 结论和建议

影响草原火灾形成和发展的根本原因是草原中的可燃物的载量：草原可燃物载量大，草原火灾发生概率大，发展速度快，强度大，容易发展成草原火灾；相反，草原可燃物载量小，草原火灾发生概率小，发展速度慢，强度小，容易自动熄灭。直接原因是相对湿度，相对湿度是草原火灾燃烧的重要指示标志，决定草原火灾能否烧起来，烧起来是否能连续，会不会进一步蔓延；间接原因是降水、风速、温度，这三个因素侧面影响草原火灾的燃烧和蔓延。草原火灾的发生和发展非常复杂，所以在考虑时要综合多个方面进行考虑。

近20年来，平均每8年达到一个草原火灾的高峰年，由此可以预测下一个火灾高峰年的到来时间，提前做好防控准备，合理施行计划烧除，减少草原可燃物，降低火灾损失。针对草原火灾月变化规律，春秋两季是草原火灾的高发季节，根据降水、温度、风速等气象要素，相关部门应该做到提前预警，施行相应对策，防止火灾带来较大经济损失。针对草原火灾日变化规律，防火宣传部门加大宣传力度，加强人们用火安全意识，责任意识。

草原火灾虽然对人类危害比较大，但对于草原生态系统来说是其中不可缺少的一部分。通过对草原火灾的分析，提高对草原火灾的认识，探索草原火灾发生发展规律，做出针对性对策，将大火转变为小火，将不可控燃烧转变为可控燃烧，将被动转变为主动。在不妨碍生态平衡的基础上把火灾带来的危害降到最低，实现人与自然的和谐相处。