内蒙古森林草原雷击火灾时空分布特征1)

张恒 张鑫 赵鹏武 周梅 殷继艳

(内蒙古农业大学，呼和浩特，010019) (中国消防救援学院)

雷电是引发森林草原火灾的重要自然原因之一[1]，雷暴天气在世界各地的高频发率也成为雷击火的主要原因。森林草原火灾主要分为人为火和天然火两种类型，而雷击火则是天然火的重要组成部分，每年世界各地都会发生由雷击引起的森林草原火灾。在20世纪70年代，Barden[2]分析了雷击火发生的机理，Komarek[3]对地球表面雷电风暴进行了空间分布研究，美国、加拿大、俄罗斯和澳大利亚等国是雷击火引起森林火灾最多的国家。在这些国家由雷击引起的森林火灾占引发森林火灾总火源的7%～10%[4]。我国的雷击火也较为严重，据统计，内蒙古自治区近40a发生的森林草原雷击火占森林草原火灾总数的1/3以上，其中主要分布于大兴安岭林区[5-7]。赵俊卉等[8]、乌秋力等[9]、于成龙等[10]通过对区域内闪电分布和雷击火分布数据分析得出大兴安岭雷击火并不受雷电直接影响。降雨、雷击次数和雷电流强度才是影响雷火发生的主要因素，植被类型和地理变量是次要因素[11]。孙瑜等[12]应用MAXENT模型，对各环境变量进行共线性诊断，再利用累积正则化增益法和Jackknife方法评价了环境变量的重要性，使雷击火火险的预测精度达到中等。

通过整理统计1981—2018年内蒙古森林草原雷击火历史数据，分别从年份、季节、节气、月份、日期以及时刻等多个不同时间尺度在火灾起数和过火面积等方面探讨规律；并从地域、海拔和等级等方面分析雷击火特点，为内蒙古森林草原雷击火的防控部署和扑救指挥提供依据。

1 研究区概况

内蒙古自治区地处中国北部边疆，东经97°～126°，北纬37°～53°，东西距离2 400 km，南北跨度1 700 km。全区基本上是一个高原型的地区，大部分地区海拔1 000 m以上[13]。以温带大陆性季风气候为主。全年降水量在350～450 mm，主要集中在6—8月[14]，内蒙古东部山地森林以次生林和人工林为主，主要有樟子松(Pinussylvestris)、兴安落叶松(Larixgmelini)、蒙古栎(Quercusmongolica)等。植被类型从东北—西南一线依次为森林、草原和荒漠[15]。草原上生长着100多种饲用价值高的植物群，主要有羊茅(FestucaovinaL.)、无芒雀麦(Bromusinermis)等豆科和禾本科牧草。

2 研究方法

对内蒙古地区1981—2018年的森林草原雷击火灾的起灭时间、过火面积、地理位置以及火灾起数进行数据整理，使用Microsoft Office Excel 2007进行统计分析，得到38 a间不同时间维度的具体数据，使用Origin2017进行制图，研究不同时间条件下森林草原雷击火发生规律的显著差异，根据经纬度地理信息，利用地理信息系统软件ArcGIS10.2对内蒙古地区行政区划图进行处理，建立森林草原雷击火火点点状图层(图略)，分析雷击火的地区、海拔等的分布规律。

3 结果与分析

3.1 雷击火发生的时间特点

3.1.1 年变化规律

根据1981—2018年内蒙古森林草原雷击火起数和火灾面积的统计，共发生森林雷击火406起，过火面积125 037 hm2，草原雷击火41起，过火面积450 378 hm2(表1)。在2010年森林雷击火发生起数最多，有74起，2016年过火面积最大，有53 791 hm2；草原火在1992年发生5起，1981年过火面积最大，达到了240 500 hm2。38年间草原雷击火发生次数十分平稳，但森林雷击火在2000年之后开始增多，分别在2002、2004、2007、2010年达到峰值，次数分别为43、42、45次，在2010年达到最高值74次。虽然在2014年左右有所下降，但在近几年有呈上升趋势，应当重点防范。

从过火面积来看，森林雷击火过火面积在2000年后相对之前较大，变化趋势明显。过火面积达124 596 hm2，占38年森林总过火面积的99%。草原雷击火虽然发生次数较少，过火面积反而较大，1981年出发生了3次雷击火总过火面积就达到240 500 hm2的大面积火灾，之后又在1992、2000年分别达到2个小峰值83 675、47 900 hm2。总体来看草原雷击火的过火面积，平均每年达11 852 hm2，每次达10 984 hm2。

表1 1981—2018年内蒙古自治区森林草原雷击火成灾起数及过火面积

3.1.2 不同季节与月份下雷击火变化规律

内蒙古森林草原雷击火在季节性变化上主要集中在春夏两季(春季3—5月、夏季6—8月，表2)。其中森林雷击火春季发生88次，占全年的21.78%，过火面积59 207 hm2，占全年的47.35%；夏季发生火灾次数298次，占全年的73.76%，过火面积达到55 764 hm2，占全年的44.60%。草原雷击火更以春季为主，具有明显差距。春季发生雷击火20次，过火面积高达386 179 hm2，占全年的85.75%。平均每次雷击火过火面积19 309 hm2，给草原资源和生态系统造成了极大损失。雷击火在春夏两季高频率发生的主要原因是由于气候因素和可燃物因素导致，内蒙古地区属于温带季风性气候，一年四季普遍降雨较少，尤其是春季，降水少大风天气多，可燃物含水率较低，雷暴天气又尤为显著；而夏季虽然降水量相对增加，但也是雷暴天气高发期，这就导致春夏两季雷击火显著增高。而随着秋冬两季来临，气温下降，雷击天气越来越少，发生雷击火概率也会明显降低。

表2 1981—2018年内蒙古自治区不同季节森林草原雷击火成灾起数及过火面积

在月份变化上，森林雷击火集中于5、6、7、8月(表3)，4个月中共发生雷击火385次，占全年总次数95.30%，过火面积114 956 hm2，占全年总过火面积91.94%。草原雷击火在4、5、6月出现明显的高峰，发生雷击火33次，占全年总次数的80.49%，过火面积435 284 hm2，占全年总过火面积的96.65%。4—8月是内蒙古雷暴天气高发期，80%～90%的雷击火都发生于这种天气系统下[16]。

3.1.3 不同节气变化规律

雷击火主要受气象因素影响，研究不同温度时期以及不同物候时期的雷击火动态变化具有相对重要的意义。节气方面森林雷击火在芒种时发生火灾最多，达到83次，占总起数20.34%(表4)。其中一般、较大、重大、特大火灾过火面积所占比例较高。小满期间过火面积出现峰值，达到57 292 hm2，占总过火面积的45.96%。这是由于在春夏两季相交时降水相对较少，温度上升气候干燥，雷暴天气增多，极易发生雷击火。草原雷击火主要分布于2个时间段内，高峰集中于清明、谷雨、立夏、小满、芒种5个物候期内，发生雷击火次数虽然相对森林雷击火较少，但过火面积达到435 284 hm2，值得引起重视。尤其在芒种期内，无论是火灾次数还是过火面积都出现最高值，分别占全年总数的42.50%、67.89%。草原雷击火在秋分、寒露期内还出现一个小波动，这是在秋冬相交之间也是火灾高发期，气候干燥，出现小波动雷击火，在此期间内也应加强防护措施。

3.1.4 日期变化特点

日期变化中森林雷击火在6、27日发生火灾起数最多，接下来是在4、22、23日，其余基本在20次以下(表5)。过火面积方面在16、24日出现两个小高峰，分别达到18 666、36 430 hm2。草原雷击火在9、15、22日出现峰值，过火面积在15、22日出现两个小波动，在30日达到峰值255 000 hm2。出现这种现象的原因主要与内蒙古气候特征有关。

表3 1981—2018年内蒙古自治区不同月份森林草原雷击火成灾起数及过火面积

表4 1981—2018内蒙古自治区不同节气森林草原雷击火成灾起数及过火面积

续(表4)

表5 1981—2018内蒙古自治区不同日期森林草原雷击火成灾起数及过火面积

3.1.5 每日时刻变化规律

每日时刻变化方面，森林雷击火中除01:00这个时段出现最高峰外，火灾起数呈现先增高后降低的趋势，从02:00—09:00无明显变化，在10:00后开始上升，15:00达到最高值48次，之后又平稳降低(表6)。过火面积呈现整体平稳，单点出现峰值的情况，平均每次森林火灾受灾面积310 hm2，且未与火灾起数呈正比关系，这说明雷击火的大小是不确定性的，防扑火人员需要对每一起火灾给予足够重视。

表6 1981—2018内蒙古自治区不同时刻森林草原雷击火成灾起数及过火面积

草原方面，火灾起数在14:00—18:00相对较多，过火面积在13:00、21:00出现两个小高峰。整体来看，草原雷击火共发生38次，但单次过火面积平均11 852 hm2，远远大于森林单次受灾面积，火强度极大，相关部门应加强对草原雷击火的防火巡查，提高防火警惕。森林草原雷击火主要集中于00:00、15:00左右，是因为在00:00时人们已经进入深度睡眠，防火警惕性差；在下午时段，随着一天中温度升高，可燃物含水率降低，又因为内蒙古地区常伴有大风天气助长火势，导致在此时间段内出现高峰。

3.2 雷击火发生空间规律

3.2.1 地区变化规律

内蒙古森林草原雷击火的空间分布规律。森林雷击火主要集中于内蒙古东部地区，以呼伦贝尔为主，其中呼伦贝尔发生的383次雷击火全部是在大兴安岭林区，过火面积达122 455 hm2。草原雷击火主要分布在锡林郭勒大草原和呼伦贝尔大草原，其中锡林郭勒草原发生雷击火29次，占全自治区的70.73%，过火面积412 388 hm2，占全自治区91.57%。两大草原作为内蒙古著名草原，面积广、可燃物蓄积量大，极易发生大面积火灾。

3.2.2 不同等级下雷击火变化规律

不同等级火灾规律研究部分，依据森林及草原防火条例分为一般火灾、较大火灾、重大火灾、特大火灾4个部分(表7)。森林雷击火方面较大火灾发生频率最高，占总数的65.59%，但更应该加强对重大、特大火灾的防控，两者过火面积达109 475 hm2，占总过火面积的87.55%。草原雷击火中一般和重大火灾发生频率较高，分别占总数的39.02%、36.59%，火灾面积与火灾次数也无明显关系，在重大、特大火灾中过火面积大，应加强预警和扑救。

表7 1981—2018年内蒙古自治区不同等级森林草原雷击火成灾起数及过火面积

4 结论与讨论

雷击火的时空分布特征主要受气象条件、地形、海拔等因素影响，具有时空动态分布特征。根据年变化规律，森林雷击火在2000年之后有明显的上升趋势，火灾起数和过火面积都有所增长；草原雷击火的发生次数虽然趋于稳定，但过火面积却有不确定性，易发生单次过火面积大的火灾，应重点加以防控。季节性变化规律中，森林草原雷击火主要集中于春夏两季，尤以春夏之交最为严重，这是由于春夏两季内蒙古地区大风天气多、可燃物含水率低，并且来自西北方向的冷锋穿过内蒙古地区上空，导致雷暴天气增多，致使雷击火集中；而秋冬两季，雷暴天气鲜有发生，气候逐渐寒冷，森林草原被积雪所覆盖，不易发生雷击火。月份变化中4—7月是雷击火相对集中的时段，其中5月最为突出[17]，此时正是春夏之交，气候变化异常，容易发生雷击，应在此时加强重点林区、草原的防控和监测[18]。日变化主要是受时间、温度等影响。一天中最易发生雷击火的时段是11:00—15:00，这段时间一天内温度上升，可燃物含水率低，一旦发生雷击火极易引发大面积火灾，在00:00—02:00这段时间由于人的警惕性下降，发现火情晚，易造成大面积火灾，也应该给予重视，重点防范。Li et al.[19]建立了基于ADTD雷电检测数据的火灾危险指数，并开发了森林雷电火灾预报模型，内蒙古森林草原雷击火在时间上的分布特征可结合此预报模型，将对提高内蒙古森林草原雷击火预测精度具有重要意义。

根据空间分布规律，森林雷击火主要集中于内蒙古东北部大兴安岭林区，尤其是大兴安岭北麓，这与刘松等[20]、张骞等[21]、倪长虹等[22]的研究结果相一致；王晓红等[23]的研究表明，雷击火虽然由闪电引发，但通过分析，大兴安岭地区雷击火与闪电并无明显关系。造成雷击火的主要原因是因为大兴安岭地区属于中高纬度地带，平均海拔在800 m以上[24]，在每年的春夏之交时间段内，来自蒙古和俄罗斯的冷锋气旋在大兴安岭林区通过，在林区上空凝结成冷锋面加之原始林区地形等因素极易造成雷暴天气，并且原始林区大部分人迹罕至，倒木、枯死木较多，这也加大了发生雷击火的可能性。草原雷击火主要分散在锡林郭勒草原和呼伦贝尔草原。雷击火一般发生在人迹罕至的原始林区，被发现时已经燃烧较长时间，虽然有瞭望塔监测、视频监测等手段，但由于监测范围有限，还是有很多不足，可以重点增加内蒙古大兴安岭地区的雷击火成因研究，在不同方向和角度深入分析时间、地形、海拔、气象条件等与雷击火的数量关系，从雷击火源头提供科学可靠的预防手段，在雷击火频发时期应加强对特定地区的重点防控和宣传，加大巡查力度，充分利用现代先进科技手段，视频监测和地面监测有机结合，将火灾控制在萌芽时期。