湖南省森林火灾时空分布特征及典型个例分析

2022-01-14黎祖贤蔡瑾婕

沙漠与绿洲气象 2021年6期

周慧，唐林，黎祖贤，周莉，蔡瑾婕

（1.湖南省气象台，湖南长沙410119；2.湖南省人工影响天气办公室，湖南长沙410119；3.气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南长沙410119）

湖南是森林火灾频发的省份之一，森林火灾是一种破坏性大、突发性强、处置救助比较困难的自然灾害。森林火灾广泛地影响到生态、社会、经济和政治等方面，过去几十年里，许多学者都对森林火灾进行了相关的研究。国外学者Mouillot等[1]统计出，森林火灾每年在全球燃烧面积所占比重大，为14%左右；Dempsey[2]对安大略省森林火灾环境效应进行研究，发现森林火灾产生的烟及排放物会加重空气中PM2.5、O3、碳氧化物及氮氧化物等浓度，造成风向下游区域严重的空气污染。国内一些学者针对当地的森林火灾也进行了相关研究[3-9]，何折能等[3]探讨了重庆市森林火险的气象条件及气象等级；田光辉等[4]利用基于模糊综合判别方法对森林火险等级预报进行了研究；沈姣姣等[5]重点研究了陕西森林火灾重灾年与太阳活动、南方涛动异常变化的关系。森林火灾发生受很多因素的影响[10]，既有自然因素，包括可燃物类型和分布、气象影响因子、地形地貌等[11-14]，也有社会因素，如人类生产活动等。在某个特定区域，森林火灾的发生是由多种影响因子共同作用造成的。由于不同区域影响因子有差异，造成了各地区林火发生与发展的状况也不同。湖南地形三面环山，是向东北开口的马蹄形盆地，森林分布较广，森林火灾频发，致灾重，研究湖南森林火灾发生的时空分布规律、气象环境背景场特征及主要影响气象因子，对于提高森林火灾监测、预报预警与开展人工增雨作业降低森林火险等级均具有十分重要的意义[15-22]。

1 森林火灾时空分布特征

1.1 年变化特征

利用湖南省森林火险办提供的湖南省2008—2017年森林火灾的数据统计分析，2008—2017年湖南省森林火灾发生频次呈逐年减少趋势（图1），其中2008年出现频次最多,为4 800次；2015和2016年出现最少，分别为192、186次；2017年稍有增加，为386次。从湖南2008—2017年年降水量分布来看，年平均降雨量为1 403 mm，除2011年为974 mm，其余年份均在1 400 mm左右，但在人为意识加强防范作用下，森林火灾逐渐减少。2017年在湖南森林火灾频次较多的2—4月，降水量比常年同期偏少2成，温度偏高1～2℃，气象条件导致该年森林火灾发生次数增多。

图1 2008—2017年森林火灾逐年累计次数

1.2 月变化特征

统计分析2008—2017年湖南省各月森林火灾发生次数（图2），2—4月是森林火灾高发月份，其中3月最多，总次数为3 800次，占全年的37%，其次是10月—次年1月，5—9月是全年森林火灾发生次数最少的月份。气温、降水以及相对湿度与森林火灾发生的概率有一定联系，统计分析发现，湖南2—4月月平均气温在0～10℃，降水少，发生火灾的次数多，危害也重；另外，湖南春季雷暴天气频发，尤其3月最多，雷暴形成的闪电接触地面可燃物，便具备了“天雷勾地火”的条件，导致3月发生火灾次数最多。

图2 2008—2017年森林火灾逐月累计次数

1.3 区域分布特征

图3为湖南省14个地州市2008—2017年森林火灾发生累计次数的空间分布。森林火灾在邵阳地区发生次数最多，约2 063次，其次是郴州、长沙和永州地区，超过900次，而张家界和岳阳地区相对较低，为500次左右。邵阳、永州、郴州位于湘南，而张家界和岳阳位于湘北，湖南地形是三面环山向东北开口的马蹄形盆地，湘南森林面积大，发生森林火灾的频次相对偏多；另外，从湖南气候背景场分析，湘南历年平均气温比湘中以北偏高1～2℃，气温偏高，使得可燃物本身的温度升高，易被点燃，导致森林火灾频次多。湖南特殊的地形及气候背景导致森林火灾发生频次存在空间分布差异。

图3 湖南省14个地州市2008—2017年森林火灾发生累计次数空间分布

1.4 受灾面积空间分布特征

图4为2008—2017年湖南省各地区森林火灾受灾面积分布图。永州市、怀化市、邵阳市森林火灾受灾累积面积较大，达6 800～7 500 hm2，其次是郴州，湘潭受灾累计面积较小，为600 hm2左右。从全省森林火灾受灾面积逐年演变情况看，有显著减少的趋势，这和森林火灾发生次数是一致的。

图4 2008—2017年各地州市累积受灾面积（单位：hm2）

2 森林火灾过程气象成因分析

2.1 环流形势特征

2018年2月14—19日湖南出现了一次严重的森林火灾，持续时间长，受灾面积广，致灾重。本文结合卫星MODIS和VIIRS监测的高分辨率数据，分析造成该次火灾过程的高低空环流特征及主要气象影响因子，提炼出预报技术指标，为森林火灾监测预报预警提供技术支撑。

该次森林火灾过程持续时间长，6 d左右，在湖南比较罕见，18—19日是森林火灾最严重的时期，分析500 hPa高空环流形势图可知，2018年2月14—19日，虽然有短波槽东移对湖南省造成影响，但短波槽移速很快，在2月18—19日森林火灾最严重时，湖南主要受平直的西南气流影响，形势场较稳定，低层850 hPa受强盛的西南急流控制（图5a），湘北地区受低涡快速移出影响，以微量降水为主，24 h雨量＜1 mm，湘中以南连续6 d几乎无雨，降水量少，这段时间少雨乃至无雨天气使得森林中空气湿度明显降低，导致森林内可燃物含水量下降，造成湖南大部分地区发生森林火灾。

空气中相对湿度的变化与森林中可燃物的含水量息息相关，空气相对湿度越低，可燃物含水量也越低，使得森林火灾越容易发生及蔓延。分析该过程发现，在森林火灾期间日最低相对湿度均低于50%，容易发生森林火灾。

环境温度也是影响森林火灾的因子之一，气温越高，可燃物水分蒸发越快，干燥的速度也快；可燃物自身温度也随之升高，有助于接近燃点。森林火灾期间，湖南高低空受上下一致的西南气流控制，低层850 hPa西南急流达14 m/s左右，配合地面暖低压倒槽发展（图5b），使得地面气温升高。从2018年2月17日地面最高温度分布（图6）可知，湖南省日最高温度除湘西北部分地区以外，其他地区均＞15℃。因此，气温条件有利于增大森林火灾发生频次。

图6 2018年2月17日地面最高温度

森林火灾发生后，若风速加大，能加快燃烧速度及火灾蔓延速度，影响火灾的传播方向。这次森林火灾期间平均风速一般超过0.5 m/s，火灾严重时段风速加大到4～6 m/s（图5b），风向以偏东风和偏南风为主。风速较大有利于森林火灾向西、向北方向传播。

图5 2018年2月18日08时850 hPa高度场（a）（单位：gpm）以及地面环流场（b）（单位：gpm）

2.2 气象要素特征

从MODIS和VIIRS监测的高分辨率数据分析（图7），过程森林火灾次数为436次，受灾面积广，湖南省72个县市致灾，其中最严重时段发生在2月18—19日，主要分布在湘中及湘东北地区，娄底、邵阳和衡阳受灾尤其严重。从娄底站各气象要素随时间的演变图（图8）可看出，森林火灾事件过程中无降水发生，日最高气温在18日前均超过10℃，最高在17日达到20℃，日最小相对湿度在18日前均＜50%，风速在0～6 m/s，17日火灾旺盛时期最大风速增大到接近6 m/s，整个过程主要为偏东风，有利于火灾的蔓延加强，进而导致最强的时段出现在18—19日，20日气温明显下降，并且出现了降雨，导致火势减弱、火灾过程结束。