皖南山区乡镇森林火险气象预报等级模型探讨

汪大林 杨小兵 罗秀明 张 华 胡雅红 朱雅红

（1宣城市气象局，安徽宣城 245300；2绩溪县应急局，安徽绩溪 245300；3绩溪县林业局，安徽绩溪 245300）

绩溪县位于皖南山区，地处黄山山脉与西天目山山脉结合地带， 地理坐标为北纬 29°57′～30°20′、东经 118°20′～118°55′，县境总面积 1 126 km2，属于亚热带季风气候，雨量充沛，干季湿季分明，森林资源丰富，森林覆盖率达75.5%。

森林是“地球之肺”，是国家重要的生态资源[1]。森林火灾具有突发性强、破坏性大且短时间内能造成巨大损失的特点[2]。美国、加拿大和澳大利亚等国优化了森林火险分级方法，通过分析多种气象条件确定火灾风险，为当地森林火灾的预报工作提供理论依据[3]。在国内，计算机等信息技术开始逐步与森林防火技术相融合。很多学者已经开始从事森林防火平台的开发和研究：2005年陕西汉中建成了“汉中市森林防火气象服务系统”，2010年辽宁省研发完成了辽宁省森林防火气象信息服务系统，江西、云南等省根据当地林区的特点开始尝试研制各种基于计算机技术的辅助决策系统[4]，甄文芳等[5]开发了安徽省森林防火气象服务支持系统，还有国内其他学者也对森林防火进行了研究[6-13]。笔者利用绩溪县近10年火情和气象数据对本县乡镇森林火险气象预报等级模型进行探讨分析，以期为皖南山区森林火险气象预报工作提供一定的参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

森林火灾数据来源于绩溪县林业局提供的2010年1月至2020年4月绩溪县森林火情数据；气象数据来源于绩溪县气象局提供的2010年1月至2021年4月逐日有关气象数据。

1.2 研究方法

本文采用中华人民共和国国家标准《森林火险气象等级》（GB/T 36743—2018）[14]对绩溪县境内 4 个区域站（绩溪国家气象观测站和瀛洲龙川、伏岭大障和板桥头六要素站）2019年10月至2021年4月森林火险等级进行数据本地化建模分析。

4个六要素站观测的气象要素有气温、雨量、风速、风向、气压和相对湿度；全县还有23个四要素观测站，其观测的气象要素有气温、雨量和风向风速。考虑到森林火险气象预报等级中涉及的气象要素为日最高气温、降雨量、风速和最小相对湿度，且在一定的海拔高度范围内，海拔高度上升100 m，气温下降0.5℃，对绩溪县境内的六要素站和四要素站的日最高气温进行海拔修订。每年的防火期（10月至翌年4月）绩溪县的降水多为大范围降雨，很少有局部短时强降水，加上绩溪县境内多丘陵地形，相对湿度的变化也较小，故降雨量和相对湿度的预报参考国家站的预报结论。

1.3 技术路线图

模型用于预测乡镇森林火险气象指数，运行时用户只需输入台站号。模型由6个指标组成，分别是气温、相对湿度、连续无降水日、风速、日降水量及综合因子（考虑农事用火频率、林地状态等因子），其中涉及的气象相关数据均由CIMISS获得，并可对数据进行人工质控后再进行计算。网页采用php+html语言开发，利用php调取CIMISS数据，获取气象数据并进行相关计算，调用jpgraph图表库对运算结果绘图，最后利用html进行相关结果的前台展示（图1）。

2 结果与分析

通过2019年10月至2021年4月共40期的森林火险气象等级预报周报验证分析，以及县应急局、林业局等部门专家的验证，得到绩溪县乡镇森林火险等级指数和森林火险天气等级，完成了宣城市乡镇森林火险气象预报系统的构建。

2.1 日最高气温的森林火险天气指数A值

日最高气温的森林火险天气指数A值见表1。气温是影响森林火险气象等级最重要的气象因子之一。在每年防火期内，尤其是10—11月和次年的3—4月，日最高气温会超过25℃；而秋季连续日最高气温超过25℃的干燥天气大大提高了森林火险的危险程度，更不利于森林防火的控制。

表1 日最高气温的森林火险天气指数A值

影响气温的因素有很多，对皖南山区而言，自动气象站的海拔高度和下垫面环境的影响最大。通过对2019年10月至2021年4月4个六要素站日最高气温的对比分析来看，海拔高度起着决定性作用。通过分析计算，海拔高度上升100m，气温下降0.5℃，对绩溪县境内的六要素站和四要素站的日最高气温进行了海拔修订。在此基础上，对日最高气温的森林火险天气指数A值进行了重新划分，日最高气温越高，A指数越大，且呈现出增大的趋势。

2.2 日最小相对湿度的森林火险天气指数B值

日最小相对湿度的森林火险天气指数B值见表2。相对湿度是影响森林火险气象等级最重要的气象因子之一，直接关系到森林防火中易燃程度的高低。相对湿度越小，更有利于树木、草木的燃烧。通过对2019年10月至2021年4月4个六要素站日最小相对湿度进行对比分析，在无雨日，每增加1 d无雨日，日最小相对湿度呈现明显的下降趋势（日最高气温＞20℃，每增加1 d无雨日，日最小相对湿度下降8%左右；日最高气温＜20℃，每增加1 d无雨日，日最小相对湿度下降4%～6%）。在雨日，每增加1 d雨日，日最小相对湿度呈现明显的上升趋势，基本上连续3 d降雨日（日降雨量＞1.0 mm），日最小相对湿度将增加至70.0%以上。在此基础上，对日最小相对湿度的森林火险天气指数B值进行了重新划分，日最小相对湿度越小，B指数越大，且呈现出增大的趋势。

表2 日最小相对湿度的森林火险天气指数B值

2.3 日最大风力的森林火险天气指数C值

日最大风力的森林火险天气指数C值见表3。风力是影响森林火险气象等级重要的气象因子之一，直接关系到森林防火中蔓延程度的高低。一旦发生森林火灾，风力、风向的改变无疑增加了灭火工作的难度，直接威胁到灭火人员的人身安全。皖南山区是一个多山脉的地区，天目山脉和黄山山脉纵横交错，这种地形增加了对风力、风向的预测难度。风力是森林火险气象等级中比较难以预测的气象因子，目前的自动气象站的覆盖密度还达不到预测要求。在此基础上，对日最大风力的森林火险天气指数C值进行了重新划分，日最大风力越大，C指数越大。

表3 日最大风力的森林火险天气指数C值

2.4 降雨量和无雨日的森林火险天气指数D值

降雨量和无雨日的森林火险天气指数D值见表4。降雨量是影响森林火险气象等级最重要的气象因子。通常日降雨量≥1.0 mm，植被都被润湿，易燃程度为不能燃烧；日降雨量≥10.0 mm，植被润湿程度更大，2 d之内易燃程度仍为不能燃烧。对2019年10月至2021年4月4个六要素站日降雨量进行对比分析，经过连续5 d的无雨日后，森林火险天气指数D值呈现明显的增加趋势。

表4 森林火险天气指数D值

2.5 森林火险天气指数

森林火险天气指数（HTZ）的计算公式：

HTZ=K×（A+B+C+D）

式中，A、B、C、D根据当日森林火险气象因子分别从表1～4查得；K为综合因子，返青前系数K=1.0，返青后系数K=0.8。

绩溪县森林火险天气等级和森林火险天气指数（HTZ）见表 5。

表5 绩溪县森林火险天气等级和森林火险天气指数（HTZ）

3 结论与讨论

本文利用绩溪县近10年火情和气象数据建立了绩溪县乡镇森林火险气象预报等级模型，得到了适宜皖南山区乡镇森林火险天气等级和森林火险天气指数（HZT）。气象条件对森林火灾发生与发展的最为关键。本文各气象因子的等级是经过多次订正后得出的最优结论，相比于国家标准《森林火险气象等级》（GB/T 36743—2018）中各个气象因子等级指数和所占比例也更加合理。比如：无降水日数的天气指数分析，皖南山区多植被覆盖，无雨日一般超过5 d后，每多增加1 d无雨日，森林火险天气指数D值会逐渐增大，而不是呈现一种等数级别的无差异增加。

经过模型运算、预报员人工订正以及同应急、林业部门会商后，再联合当地应急、林业局发布森林火险气象等级预报（图1）。该等级预报对皖南乡镇森林防火工作具有指导性意义。

宣城市森林防火气象预报系统软件（图2）可直观反映宣城各县市区乡镇的24 h至未来7 d的精细化森林火险气象等级预报信息及火险预警信息，实现了实况数据监测与显示（图3），火险等级自动生成，火险预警发布全程网络化、自动化，提高了森林防火气象服务的针对性和有效性，为森林防火工作提供了坚实的信息保障服务。