2010—2019 年吉林省森林防火相关气象条件分析

刘 宁 胡轶鑫 刘柏鑫 刘德强

（1.杭州市生态环境科学研究院，浙江 杭州 310014；2.吉林省气候中心，吉林 长春 130062；3.长白山气象与气候变化吉林省重点实验室，吉林 长春 130062；4.清原满族自治县气象局，辽宁 清原 113300）

1 引言

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、救助较为困难的自然灾害，会导致林木烧毁、林下植物资源烧毁、野生动物伤亡、水土流失、空气污染、人民生命财产安全损失等危害[1-4]。 发生森林火灾要具备三个条件：可燃物、火险天气和火源。 火灾发生的多少主要取决于当地的火险天气， 即利于森林火灾发生的气象条件，如气温、降水量、风速、空气相对湿度等气象因子。 因此对相关气象因子进行分析对森林防火具有积极意义[5-8]。 吉林省是全国重点林业省份之一，森林资源丰富。东部长白山保护区素有“长白林海”之称，是我国重要的木材战略基地之一，是我国东北地区的重要生态屏障，在整个东北乃至东北亚地区的生态系统中均占有重要位置[9-10]。 在全球变暖的气候背景下，近年来森林火灾的发生有增多的趋势。 因此需要了解和掌握近年来气候变化对森林火灾的影响规律， 这对保护森林、 预防火灾发生具有较为重要的现实意义[11-12]。

本文以吉林省春季、 秋季森林防火期气象要素为研究对象，分析吉林省2010—2019 年与森林防火密切相关的气象因子的变化特征， 从而为吉林省森林防火工作提供基础理论支持。

2 资料与方法

2.1 研究区域概况

吉林省地处中国东北地区中部， 经纬度为122°E—131°E，41°N—46°N。图1 所示为本文选取的50 个气象站的站点分布。按地理位置将吉林省划分为西、中、东3 个区域。西部包括白城和松原；中部包括长春、四平和辽源；吉林、通化、白山、长白山保护区（东岗、二道）和延边为东部地区。

图1 吉林省50 个站点分布

2.2 资料来源

根据文献[13]，气温高、降水量少、风速大和空气相对湿度小的时段易发生森林火灾。 将平均气温、平均降水量、平均风速和平均空气相对湿度作为与森林火灾密切相关的气象指标。 本文所用资料为吉林省2009 年12 月1 日—2019 年12 月31日50 个气象站的平均气温、平均降水量、平均风速、 平均空气相对湿度、 大风日数、 高温日数和2015 年以后发布的森林火险数据，数据均由吉林省气象局提供。 一般将容易发生森林火灾的季节规定为森林防火期。 不同地区的气候特点和森林火灾的发生规律不同，所以森林防火期也不相同。本文季节划分依照吉林省政府发布的《吉林省人民政府森林防火命令》，命令中规定春季森林防火期为3 月15 日—6 月15 日；秋季森林防火期为9月15 日—11 月30 日；夏季非森林防火期为6 月16 日—9 月14 日； 冬季非森林防火期为12 月1日—3 月14 日。 下文将上述4 个时段分别定义为春季、夏季、秋季和冬季。

2.3 气候倾向率

本文采用气候倾向率估计方法对吉林省与森林防火相关的气象要素的变化趋势进行分析。

3 气象因子的变化特征

3.1 平均气温

2010—2019 年吉林省年平均气温为5.6℃（图2），近10a 升温速率为0.19℃/a，各站点平均气温均呈上升趋势，升温速率在0.09～0.27℃/a，全省大部均有较为明显的增暖趋势。 年平均气温最低的年份为2010 年，气温为4.8℃，年平均气温最高的年份为2019 年，气温为6.7℃，相差近2℃。春季全省平均气温为11.0 ℃，升温速率为0.29℃/a，增暖显著。 其中2010 年为最低年份， 为9.2℃；2014 和2018 年为最高年份， 为12.3℃， 相差3.1℃。 夏季全省平均气温为21.5℃，升温速率为0.03℃/a。 其中2012 年最低，为21.0℃；2018 年最高，为21.9℃。秋季全省平均气温为4.5℃，呈微弱的下降趋势，气温变化率为-0.01 ℃/a。 2016 年最低，为3.0℃；2014 年最高，为5.4℃。 冬季全省平均气温为-11.8℃， 增暖最为显著， 升温速率为0.41℃/a。 2013 年最低，为-14.7℃；2019 年最高，为-9.0℃。

图2 2010—2019 年吉林省全年及各季平均气温变化

由图3 可知， 吉林省春季平均气温具有中西部较高、东部较低的空间分布。 中西部的白城、松原和四平的大部县（市）平均气温在12℃以上，而东部的长白山保护区和长白在9℃以下。秋季平均气温呈现中西部较高、东部山区较低的空间分布。四平、通化南部及延边东部气温较高。

吉林省年平均气温呈上升趋势， 全省各站年平均气温均有所升高。 除秋季外全省平均气温呈微弱下降趋势， 其他3 个季节平均气温均呈上升趋势。冬季增暖更为显著，是吉林省变暖的主要因素。气温升高使地表蒸发量增大，导致可燃物干燥程度上升。一般来说，森林火灾发生次数会随气温升高而增多。 冬季增暖显著可能会导致第二年春季融雪日期提前， 使有利于森林火灾发生的气象和可燃物条件提前出现[14]。

3.2 降水量

2010—2019 年， 全省年平均降水量为661.3mm，呈下降趋势，变化速率为-1.7mm/a。 其中2010 年为年平均降水量最多的年份， 降水量为811.2mm，2011 年为平均降水量最少的年份，降水量为477.4mm。 降水呈现西部少中东部多的空间分布，西部白城和松原为424.0～499.0mm；中部长春、四平和辽源为617.7～717.7mm；东部除延边偏少为605.9mm 外，吉林、通化、白山和长白山保护区为795.9～832.0mm。 春季平均降水量为161.0 mm，变化趋势为-0.4mm/a。 其中2017 年为最少年份， 为121.4mm；2016 年为最多年份，为203.2mm。 空间上呈现西部少东南部多的分布，西部白城和松原为110.1～130.4mm；中部长春、四平和辽源为149.5～161.9mm； 东部除延边偏少为148.5mm 外，吉林、通化、白山和长白山保护区为185.9～206.0mm （图4）。 夏 季 平 均 降 水 量 为383.7mm，呈上升趋势，变化率为3.0mm/a。 秋季平均降水量为83.7mm，下降趋势较为显著，变化率为-4.2mm/a。其中2012 年为秋季平均降水量最多的年份，为144.1mm；2019 年为秋季平均降水量最少的年份，为45.1mm。 秋季与春季相同，同样呈西部少东南部多的空间分布， 西部白城和松原为46.3～51.6mm； 中部长春、 四平和辽源为70.1～87.4mm；东部除延边偏少为88.4mm 外，吉林、通化、白山和长白山保护区为94.7～117.3mm（图4）。冬季平均降水量32.4mm，变化率为-0.6mm/a。

图4 2010—2019 年吉林省春季（a）、秋季（b）平均降水量（单位：mm）

除夏季平均降水量呈上升趋势， 其他3 个季节及年均降水量均呈下降趋势。 降水能够增加可燃物及周围环境的含水率，含水率越高，火灾发生的可能性越小，降水减少会增加火灾发生的风险。

2010—2019 年吉林省春季气候因气温升高和降水量的减少而向暖干化方向演变； 秋季气温虽有微弱的下降趋势， 但降水量的下降趋势更为显著，相关的气候条件仍向干燥化方向演变。

3.3 平均风速

2010—2019 年吉林省年平均风速为2.4m/s，各季风速大小为春季>秋季>冬季>夏季，且各季节平均风速均呈上升趋势，各季节平均风速2015—2019 年较2010—2014 年增大0.22～0.32m/s。 从空间分布上可以看出，春季和秋季平均风速（图5）均呈现中西部大、东部小的分布。风能够加速可燃物水分蒸发并不断补充氧气，加速燃烧，风速的增大有利于林火的发生和绵延[15]。

图5 2010—2019 年吉林省春季（a）、秋季（b）平均风速（单位：m/s）

3.4 相对湿度

2010—2019 年吉林省年平均空气相对湿度为64.9%，春季最为干燥，冬季次之，秋季较为湿润，夏季最湿润。 年均空气相对湿度呈下降趋势，由年降水量减少和年平均风速上升导致， 且在年均气温持续升高的背景下， 吉林省气候的干燥状况也呈上升趋势。 除夏季平均相对湿度因降水量的增多而呈现上升趋势， 其他3 个季节的平均相对湿度均呈下降趋势。 从空间分布上看，春、秋季吉林省西部较干燥，南部较湿润。一般空气平均相对湿度小于60%时就易发生森林火灾[10]，这是因为空气相对湿度受气温、 降水和风速等气象因子的综合影响，直接体现空气的干燥状况，空气相对湿度越低，可燃物会越干燥，被引燃的概率越大。由图6 可知， 春季全省各站点平均空气相对湿度在60%以下的有40 个，占总站数的80%，火灾风险较大。

图6 2010—2019 年吉林省春季（a）、秋季（b）平均空气相对湿度（单位：%）

综上，2010—2019 年春季和秋季降水量和相对湿度均呈下降趋势，平均风速均呈上升趋势；春季平均气温呈上升趋势， 秋季气温呈稍弱的下降趋势，说明春季气候向暖干化方向演变，秋季向干燥化方向演变，火灾风险均呈增大趋势。从吉林省气象局发布的2015—2019 年全省森林火险次数可以看出， 春季和秋季发布的森林火险次数都呈现逐年增长的趋势， 春季从16 次逐步增长到57次，秋季从6 次逐年增长到42 次。 说明吉林省森林火灾的风险是在增大的。春季、秋季吉林省中西部地区气温较高、风速较大、降水量较少、空气相对湿度较低；东部地区气温较低、风速较小、降水量较多、空气相对湿度较高。

4 极端天气

4.1 高温天气

2010—2019 年，全省年平均高温（日最高气温≥32℃）日数为7.5d。 呈现中西部多、东部山区少的空间分布， 西部白城和松原大部为10.1～21.1d；东部吉林大部、白山大部和长白山保护区为1.9～5.0d；其他地区为5.1～9.9d。 春季平均高温日数为1.8d，西部较多、南部较少。 其中白城大部为4.4～4.9d；白山和长白山保护区等为0～0.9d（白山市区和二道为0d）；其他地方为1.0～3.8d。 秋季无高温天气发生。

全省春季高温天气主要发生在5 月下旬至6月上旬，除2011 年和2012 年无高温天气出现，其他年份出现3～6d，其中2010 年最多。 10a 共出现6 次连续2d 以上高温天气。 其中2010 年6 月7—11 日出现连续5d 高温天气， 全省共出现180 站日。 10a 单日出现30 站以上高温天气为9d。 其中2010 年为最多的年份， 为3d；2010 年6 月8—10日均出现40 站以上高温天气。单日高温站数最多为45 站， 出现在2010 年6 月9 日。 高温极值于2017 年5 月18 日出现在洮南，为42.7℃。

4.2 大风天气

2010—2019 年， 全省年平均大风日数为10.0d。 其中延边最多，为34.9d；白城大部、四平大部、长春大部为10.2～20.0d；其他地方为1.8～9.8d。全省春季平均大风日数（图7a）为6.6d。 中部四平和长春部分县（市）在10d 以上；东部通化大部等为1.3～5.0d；其他地方为5.1～9.9d。 全省秋季平均大风日数（图7b）为1.3d。 其中公主岭、吉林市区、延吉、图们和珲春为2.4～7.1d；通化市区和通化县无大风天气发生；其他地方为0.1～2.0d。

图7 2010—2019 年吉林省春季（a）、秋季（b）平均大风日数（单位：d）

10a 全省春季共出现大范围（10 县市以上）大风天气106d，多发生在4—5 月。 除2014 年无大范围大风天气出现， 其他年份出现5～18d， 其中2011 年最少，2016 年最多。 10a 共出现20 次连续2d 以上大风天气过程，其中2015 年5 月4—7 日和2016 年4 月6—9 日均出现连续4d 大风天气，分别出现121 站日和88 站日。单日大风站数最多为50 站，出现在2017 年5 月6 日。

与春季相比，秋季出现大风天气较少。 10a 出现大范围大风天气15d， 多发生在10 月下旬之后。 其中2010 年、2012 年和2013 年无大范围大风天气发生； 其他年份出现1～5d，2016 年最多。2017 年和2018 年均出现1 次连续2d 大风天气，分别出现31 站日和53 站日。 单日大风站数最多为30 站，出现在2018 年11 月27 日。

4.3 少雨段

一般来说，长时间无降水或降水偏少，会导致林区可燃物含水率下降[16]， 森林火险等级升高。2010—2019 年，吉林省春季有7a 出现阶段性少雨雪，共出现9 个明显少雨雪时段，气象火险等级较高，对森林防火工作不利。春季少雨雪段主要出现在3 月下旬至4 月上旬， 少雨日大多持续20d 以上，仅有2 个年份在5 月上半月出现少雨雪时段。2019 年春季少雨时间最长，为55d（3 月22 日—5月15 日），气象干旱明显，防火形势极为严峻。

2010—2019 年，吉林省秋季有6a 出现阶段性少雨雪。与春季少雨段相比，秋季少雨段持续时间更长，一般在1 个月以上。 2011 年和2019 年秋季吉林省少雨段持续时间长达2 个月， 气象干旱明显，防火形势最为严峻。

5 结语

（1）2010—2019 年春季和秋季森林防火期火灾风险均呈增大趋势， 春季气候向暖干化方向演变，秋季向干燥化方向演变。春季和秋季降水量和相对湿度均呈下降趋势，平均风速均呈上升趋势；春季平均气温呈上升趋势， 秋季气温呈微弱的下降趋势。

（2）从空间分布上看，春季和秋季吉林省中西部地区气温较高、风速较大、降水量较少、空气相对湿度较低，东部地区气温较低、风速较小、降水量较多、空气相对湿度较高。

（3）在春季森林防火期，4 月、5 月多大范围大风天气，秋季相对出现较少。春季森林防火期高温（日最高气温≥32℃）天气多发于5 月下旬至6 月上旬，秋季无高温天气出现。 2010—2019 年，春季森林防火期有7a 出现阶段性少雨雪， 秋季有6a。2019 年春季及秋季森林防火期少雨段均为10a 来最长，气象干旱明显。

（4）2010—2019 年吉林省的气候向有利于森林火灾发生的方向演变。 在全球气候变暖的背景下，吉林省森林火险天气状况会更为严峻。 因此，建议吉林省相关部门及时关注天气形势的变化，加大吉林省森林防火工作力度， 避免发生重大火灾事故。