宁波市森林火灾时空分布特征研究
2023-01-04江晓东李少虹黄增芳
江晓东 李少虹 黄增芳 袁 建
(1.宁波市应急管理信息中心, 宁波市林火监测信息中心, 浙江宁波 315100;2.浙江省航空护林管理站, 杭州310020;3.宁波市林场, 浙江宁波 315100;4.象山县应急联勤中心, 浙江宁波 315700)
森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害[1-2],可让多年建设积累的林业生态成果转眼消失,对森林资源和生态环境造成巨大危害,对人民生命财产安全构成严重威胁,森林火灾已成为温室气体排放的重要来源[3]和森林生态安全的头号敌人。随着农村生活燃料的根本性改变,即燃气取代了薪柴,森林中可燃有机物不断积累,加之生产、生活等各类野外人为活动的增加导致人为火源的增多,森林燃烧的可能性以及发生森林大火的潜在风险大大增加,森林防灭火的任务越来越重。
森林火灾的时空分布与天体演化、气候变化、人类活动以及森林植被、地形地貌、经济发展等因子密切相关,并表现出相应的规律性[4-5]。我国关于森林火灾发生规律与时空分布特征的研究始于20 世纪六七十年代,并在随后得到了广泛关注[6-7]。随着行业信息化应用的逐步发展,研究方法也从最初的统计学、地理信息学方法发展到现代数学理论的应用,并结合遥感监测及计算机技术,利用时空数据挖掘、神经网络分析、灰色系统预测、小波分析、Logistic 模型构建、遥感监测等方法开展研究[8-12]。
本文通过汇总和整理宁波市1996-2021年574 份浙江省森林火灾档案表数据,依托宁波市森林资源二类调查成果及宁波市基础地理信息数据,对宁波市域范围内森林火灾的年、月、日变化规律及和地域分布、地形地貌、林分类型、林分结构特征等空间分布特征进行了统计分析,构建了林火空间分布特征图,并采用现代数学、地理信息学与计算机技术相结合的核密度分析方法,生成了宁波市域范围历史森林火灾发生情况热力图,分析了市域及与周边相邻区域的重点森林火险区分布情况,旨在为宁波市科学制定林火预防和扑救方案、合理布局生物防火林带等基础设施工程建设、有效组织林火扑救、保障森林资源和人民生命财产安全、降低温室气体排放风险、维护区域生态平衡、有效实现“30、60”双碳目标提供技术支撑。同时,期望本文的研究成果能够为浙江省乃至江南地区的森林防灭火工作提供参考。
1 研究区概况
宁波地处我国大陆海岸线中段,浙江省东北部东临东海,与舟山群岛隔海相望;南连天台山、三门湾,与台州市的天台县、三门县交界;西接绍兴市的上虞区、嵊州市和新昌县;北靠杭州湾;其地理坐标为28°51′N~30°33′N、120°55′E~122°16′E。境内陆域总面积为9816 km2,具有“五山一水四分田”的地貌结构,主要山脉为四明山脉和天台山余脉,其中四明山脉由境西南(即奉化西部、余姚南部)入境,山势由西南向东北蜿蜒,最高峰青虎湾岗海拔979 m。天台山余脉自境西南(即宁海南西)入境,北东绵延斜贯境东南,向东潜入海中,出为沿海诸岛和舟山群岛[13]。
境内气候属于北亚热带湿润季风气候,南部具向中亚热带过渡的特征。宁波全市年平均气温17.0 ℃,最热7月份年均气温28.5 ℃,最冷1月份平均气温5.2 ℃,大于10 ℃的活动积温为5 643 ℃,年平均降水量约为1 470 mm,年均相对湿度约78%,无霜期平均为230~240 d。
宁波市森林植被属于亚热带常绿阔叶林区域-东部(湿润)常绿阔叶林亚区域-中亚热带常绿阔叶林地带北部亚地带浙闽山丘甜槠-木荷林区,地带性植被称为常绿阔叶林。但由于开发历史悠久、人类活动频繁,目前除了交通不便的山区尚残留有小面积的天然常绿阔叶林外,绝大部分的原生森林植被已被次生植被和人工植被所取代。根据《宁波森林植被》[14]统计,宁波全市森林植被可分为常绿阔叶林(包括栲树+木荷群落等9 个群落类型)、常绿落叶阔叶混交林(包括南酸枣-披针叶茴香群落等4 个群落类型)、落叶阔叶林(包括枫香+化香群落等3 个群落类型)、针阔混交林(包括马尾松+木荷群落等6 个群落类型)、针叶林(包括马尾松+檵木群落等13 个群落类型)、次生灌丛(包括白栎-檵木群落等8个群落类型)、竹林(包括毛竹+枫香群落等4 个群落类型)、人工经济林植被(包括板栗林等14个类型)等8 大类植被类型61 个群落类型。宁波全市现有森林面积为44.33 万hm2,森林覆盖率为48.08%。
2 材料与方法
2.1 浙江省森林火灾档案表
浙江省森林火灾档案表是森林防灭火工作相关政府部门为记录森林火灾档案设计的数据采集工具,详细记录了每起森林火灾的发生时间、扑灭时间、火点行政区划、火点经纬度、林火等级、火场坡度、气象火险等级、过火面积、受害森林面积、受害树种、损失林木蓄积、损失幼林株数等信息。浙江省森林火灾档案表是森林火灾档案管理的权威数据。本文采用的浙江省森林火灾档案表数据来自“浙江省森林消防网业务系统”,自2004年起,浙江省森林火灾统计工作彻底告别人工统计、逐级上报的落后手段,而步入数据录入、统计共享、科学分析的网络化时代[15]。区(县、市)森林消防办公室只要把每月发生的森林火灾基础信息在线录入,省、市、县3 级森林消防管理部门可以分别汇总统计本管辖范围内的统计报表数据;2004年之前的浙江省森林火灾,将已归档的电子(或纸质)材料导入(或手工录入)到“浙江省森林消防网业务系统”。
2.2 宁波市森林资源二类调查成果
浙江省从我国建国初期至今,先后组织开展了“一五”“四五”“六五”“九五”“十一五”“十三五”共6 次全省性森林资源二类调查[16],由于本次分析的历史火灾档案数据年份和分析可行性,本文选用了“十三五”森林资源二类调查成果作为森林资源基础数据。该调查以县为单位开展,采用空间分辨率优于1 m 的遥感影像数据作为调查底图,技术标准按照《浙江省森林资源规划设计调查技术操作细则(2014年修订)》执行[17],从2015年12月开始前期外业调查,于2019年10月完成内业工作,并完成成果汇编。宁波市森林资源二类调查成果数据包括:经核对和确定的境界线、各级行政区划界线以及森林经营单位管理区界线、保护区界线;以村为单位的林班区划、小班区划、森林分类区划、林种区划等;调查的各类林地的面积和权属、各类森林蓄积量、散生木和四旁树蓄积量、与森林资源有关的生态因素(植被、土壤、地形地势等)。宁波市林业局以此次二类调查资料为基础,更新了林地“一张图”数据库,形成了宁波市森林资源图形与属性数据库、森林资源管理信息系统等成果。该二类调查成果数据是进行森林火灾数据研究工作的基础。
2.3 宁波市基础地理信息数据
宁波市基础地理信息数据来自宁波市森林消防指挥部办公室建设的宁波市森林消防指挥信息系统,基础地理信息数据以1:10 000 的地形图为基础,采用扫描的方式形成栅格图像进入计算机系统,应用图像处理软件,对栅格地形图进行裁边、纠正、配准等工作,再通过数字化方式采集地形图上的河流、水库、道路、村庄等关键要素,最终形成矢量数据。由于地形图测绘的年代较早,道路变化较大,系统通过配准卫星遥感数据对道路矢量数据进行了修正,形成了路网信息图层。路网信息分为2 种:一种是县级公路及以上道路,在数据库中用双线路分类展示;另一种是村道及林间小路,在数据库中用单线路分类展示。
2.4 研究方法
2.4.1 数据准备
本文基于浙江省森林火灾档案表数据、宁波市森林资源二类调查成果数据、宁波市基础地理信息数据开展研究。数据的分析与预处理过程主要包括4 个方面:第一,是自1996年以来,宁波市的区(县、市)、乡镇街道、行政村等各级别行政区划经历了多次设立、改建、撤销、合并等调整,而森林火灾档案表数据均按当年实际发生地的行政区划进行记录,这导致数据在进行跨年份区划分析时容易引起混淆。经综合考虑,本文选择以2016年宁波市部分行政区划调整结果为标准,对区(县、市)级行政区划调整进行相应的数据统一,在数据库中将奉化县、奉化市统一改名为奉化区,将江东区归入鄞州区,但原奉化江以西的鄞州片区(2016年后划入海曙区)发生的森林火灾及相对应的森林资源仍纳入鄞州区统计,海曙区不作单独统计分析;第二,是二类调查成果数据库的分类数据采用了外键列设计,利用1位(如火灾类型)或多位(如小班优势树种)数字编码进行字段值定义及存储,并在其系统应用界面根据数据字典进行释义展示,这虽然在提高数据库运行效率、降低数据库存储空间等方面有积极意义,但也存在不易于人工直接理解数据库表中字段含义、不便于直接阅读数据库分析结果等弊端,因此,在数据预处理环节,本文将相关字段的数字编码转换成对应的数据字典中的实际释义;第三,是通过使用Arcgis 软件工具箱中的
“空间连接(Spatial Join)”工具,以浙江省森林火灾档案表数据中574 条森林火灾记录为基础,以具唯一性的森林火灾11 位编号为主键,将宁波市森林资源二类调查成果数据中对应火灾区域的森林资源图班属性字段连接到一张大宽表中,并逐条核实了表内信息的完整性、准确性和可读性,完成了本文分析数据库的构建;第四,是根据分析数据库预处理结果,结合宁波市森林资源二类调查成果数据,完成历史森林火灾数据落图,按林分、郁闭度、海拔、林龄、坡度级等属性生成对应图层(图1)。
图1 宁波市林火发生点、林分、郁闭度、海拔、林龄、坡度级图层示意Fig.1 Schematic diagram of forest fire occurrence point, stand, canopy density, altitude,forest age, and slope grade in Ningbo
2.4.2 数据分析
为了进行基于分析数据库的森林火灾时空分布特征的统计分析,本文先在JMP 软件中将表字段按连续型、名义型和有序型3 种建模类型进行了定义,分别用于对应数值型、无序分类数据和有序分类数据,然后利用“表汇总(Summary)”功能从分析数据库中根据每起火灾的单因子特征形成子表,根据数据特征选取合适的图表类型和参数。利用“图形生成器(Graph Builder)”进行结果的可视化呈现,生成了体现宁波市森林火灾时间分布特征和空间分布特征的多张图表。在此基础上,本文尝试进行了多因子关联数据挖掘,分别对县域森林面积(S0)与森林火灾发生次数(T)、受害森林面积(S1)、过火森林面积(S2)进行二元拟合分析,得出其具体相关性的结果。
在进行森林火灾发生与林种相关性分析时,为了避免因单个林种绝对数量的年度变化因素影响结果的可比性,本文选择具有代表性的松、杉、阔、竹4 个林种,计算了同林种森林受害面积与实际总量的比值,求得分林种森林火灾受害率,并按年分组进行统计,实现数据归一。
为研究历史森林火灾发生地点与路网分布之间的相互关系,本文采用Arcgis“邻域分析(Proximity Analysis)”的“近邻分析(Near)”方法。该方法用于确定1 个或多个要素类中、或2个要素类间的要素邻近性,可识别彼此间最接近的要素,或计算各要素之间的距离。通过输入历史森林火灾发生地点的点要素图层、路网分布的线要素图层,确定搜索半径,计算得到每个点与路网图层中的双线路或单线路要素距离最小值(投影坐标系CGCS2000),并将结果写入分析数据库的NEAR_FID、NEAR_DIST 字段。最后,利用JMP 软件进行最近距离特征分析,形成随机均匀分布的散点图。
密度分析可以根据已知量进行处理,然后将这些量分散到整个地表上,形成一个连续的表面(密度表面)。密度表面可以区分点要素分布相对集中或稀疏的区域。为了直观地体现宁波市域范围内历史森林火灾发生最集中区域,并考虑受害面积因素,本文采用Arcgis“核密度分析(KernelDensity)”方法进行空间分析。该方法将每个采样点的量级分布在整个研究区域,计算输出栅格中每个像元的密度值,然后以Silverman 的二次核函数[18]为基础,计算每单位面积的量值,以将各个点要素拟合为光滑锥状表面。概念上,每个点上方覆盖的平滑曲面在点所在位置处表面值最高,随着与点的距离的增大表面值逐渐减小,在与点的距离等于搜索半径的位置处表面值为零。搜索半径计算过程分为5 步:1)计算输入点的加权平均中心;2)计算所有点与加权平均中心之间的距离;3)计算这些距离的加权中值Dm;4)按公式(1)计算标准距离S D[19]或按公式(2)计算加权标准距离S Dw;5)按公式(3)计算搜索半径。
式(1)中,xi和yi是要素i的坐标;表示要素的平均中心;n等于要素总数。
式(2)中,wi是要素i的权重,表示加权平均中心。
式(3)中,SD是标准距离;Dm是中值距离;n是population 字段值的总和;方程的min 部分表示在2 个选项中将使用计算结果为较小值的选项。
本文将1996-2021年宁波市574 场森林火灾发生点要素(point)图层输入,考虑每起森林火灾的受害森林面积,赋予population 字段更大的权重,使用“核密度分析(KernelDensity)”方法计算默认搜索半径,并将其运算结果用宁波市行政界线进行“按掩膜提取(Extract by Mask)”操作,可生成宁波市域范围历史森林火灾发生情况热力图,叠加区(县、市)行政界线图层后,便可直观地给出可视化结果,得出全市森林火灾发生集中区域和跨区(县、市)联防联控重点区域的分析。
3 宁波森林火灾的时间分布特征
3.1 年际变化特征
从宁波森林火灾的年际变化特征图(图2)可以看出,1996-2021年宁波森林火灾出现了由低发到高发再降低的变化特征,这种变化特征与宁波经济社会发展、林内可燃物积累及林火防治本身的发展特点是相一致的。20 世纪90年代末前,宁波市农村中还普遍存在樵采生火的习惯,因此,林下可燃物的积累较少,林火呈现低发的特征;20 世纪90年代末以后,农村的生火习惯发生了根本性的改变,燃气生火基本取代了薪柴生火,导致林下可燃物的不断积累,林火也呈现出了多发的态势,并在2003-2005年达到了高峰;自2006年以来,随着森林防火措施的不断加强和技术的日益完善,特别是2 支队伍(巡逻护林队伍、林火扑救队伍)建设和生物防火林带、林火扑救物资等基础设施建设的不断加强,宁波市林火又进入了低发的良好局面,森林防火工作取得了历史最好成绩,也标志着宁波市的森林消防工作由抓扑灭为主阶段转入了从源头上抓预防为主、预防与扑灭相结合的崭新阶段。
图2 宁波森林火灾年际变化特征Fig.2 Interannual variation characteristics of forest fire in Ningbo
3.2 月际变化特征
从宁波森林火灾的月际变化特征图(图3)可以看出,一年中,11月至次年4月是森林火灾发生较为集中的月份,其中以3月和4月为高发期。这种火灾发生的特点与宁波的气候、可燃物变化特点及人为活动等因素密切相关。从气候角度看,11月至次年4月,宁波正处冬、春季节,这段时间往往气候比较干燥,且多大风天气,林内可燃物含水率低、较易燃烧、火势易蔓延。相对而言,11月份至次年2月份期间,大气温度较低,而3-4月份则气温不断回升,故3-4月份的森林火灾又要重于11月至次年2月。而其他月份则降水较多,空气湿度较大,则森林火灾也处于低发状态。从可燃物变化角度看,11月至次年4月为植物休眠期,阳性乔灌木大量落叶,阳性杂草进入枯萎期,致使林内的可燃物积累较多,且由于气候干燥,可燃物的含水量较低,容易燃烧。而5-10月为植物生长期,植物体内含水率高,加上周边环境湿润多雨,则不易燃烧。从人为活动角度看,11月至次年4月期间,农民烧荒烧炭等农事作业较多,清明节前后各地都有扫墓祭祖、烧纸钱放鞭炮的习惯;另外,随着森林旅游业的不断发展,春季上山踏青人员也逐年增加,故这段时间野外人为活动及违规用火较多,增加了林火发生的隐患。分析宁波市森林火灾的起火原因,居前3 位的是上坟烧纸、烧荒烧炭和野外吸烟,其中又以前两者为主要原因,3-4月份既是上坟扫墓季节,也是春耕烧荒时节,更是春游踏青季节,因此,也是林火高发季节。
图3 宁波市森林火灾月际变化特征Fig.3 Monthly variation characteristics of forest fire in Ningbo
3.3 日变化特征
据统计(图4),上午10 时至下午16 时是一天之中引发森林火灾最集中的时间,占到了全部火灾的85%,究其原因是由于这段时间内太阳照射相对强烈、气温相对较高、空气湿度相对较低、林内可燃物相对干燥所至。其中,又以13-14 时为最多,根据气象学统计结果,14 时左右是大地温度最高的时候,在高火险天气,这段时间的可燃物最易燃烧。
图4 宁波市森林火灾日变化特征Fig.4 Daily variation characteristics of forest fire in Ningbo
4 宁波市森林火灾的空间分布特征
4.1 县域尺度的空间分布特征
从县域尺度上来看,宁波全市森林火灾发生次数降序排列依次为宁海县、奉化市、象山县、鄞州区、北仑区、余姚市、慈溪市、镇海区和江北区。据宁波市森林资源二类调查成果,宁波全市森林资源数量按降序排列为宁海县、奉化区、象山县、余姚市、鄞州区、北仑区、慈溪市、镇海区和江北区(表1)。其中,宁海县、奉化区、象山县等南3 县的林火发生次数之和超过半数,占55.1%。
表1 宁波市森林火灾发生次数及面积(1996-2021)Table 1 Statistics of frequency and area of forest fires in Ningbo (1996-2021)
统计数据表现出了森林火灾发生次数、受害森林面积、过火森林面积与县域森林面积大小基本一致的特点,县域森林面积(S0)与森林火灾发生次数(T)、受害森林面积(S1)、过火森林面积(S2)进行二元拟合分析。研究结果显示,S0与T、S1、S2均展现出线性相关(图5),证明森林资源是林火发生的重要因子。宁海县、象山县、奉化区、鄞州区等宁波南部地区是宁波森林资源的集中分布区,因此,森林火灾的发生量也比较多,而慈溪市、镇海区、江北区等宁波北部地区多为平原地区,森林资源分布较少,森林火灾的发生次数也相对较少。
图5 县域森林面积(S0)与森林火灾发生次数(T )、受害森林面积(S1)、过火森林面积(S2)Fig.5 Fitting results of forest area at county level (S0)and frequency of forest fire (T)、damaged forest area(S1)、burned forest area (S2)
S0与T线性拟合公式为:
S0与S1线性拟合公式为:
S0与S2线性拟合公式为:
根据Arcgis“核密度分析”生成的宁波市域范围历史森林火灾发生情况热力图(图6)分析认为:一是宁海县中南部、象山县东部及北部沿海、奉化区中东部、鄞州区中部、慈溪市中南部均为历史森林火灾发生的集中区域,需要重点关注、做好预防;二是从跨区(县、市)的森林火灾风险来看,宁海北与奉化南交界、奉化东与鄞州西南交界、鄞州东与北仑西交界、镇海北与慈溪东南交界属于森林火灾多发区域,需要在宁波市内联防联控方面投入更多的精力;三是从跨地(市)的森林火灾风险来看,宁海县西北部山区与台州市天台县交界处、奉化西与绍兴市嵊州市交界处、余姚西北部与绍兴市上虞区交界处是发生跨境火的高风险区域,需要在地(市)级层面做好联防联控工作。
图6 宁波市域范围历史森林火灾发生情况热力Fig.6 Thermodynamic map of historical forest fires in Ningbo
4.2 起火原因的分布特征
据有记载以来的林火统计资料分析,宁波的森林火灾除1 起雷击火以外,其他均是由人为原因引起,排前3 位的主要原因是祭祀用火、农事用火、野外吸烟等人类野外非法用火所致(图7)。相较浙江省域范围内同时期引起森林火灾原因前3 位分别为农事用火、祭祀用火、野外吸烟[20-21]的情况稍有不同。生产性用火(农事用火、炼山造林等)引发的森林火灾占22.90%,其中以烧荒和烧炭等农事用火为主,占20.80%;非生产性用火引发的森林火灾占64.69%,其中以祭祀用火为主,占40.21%,野外吸烟居二,占12.76%。
图7 宁波市森林火灾起火原因分布Fig.7 Distribution of forest fire causes in Ningbo
4.3 起火地点的分布特征
根据Arcgis“近邻分析(Near)”计算,形成了森林火场与路网最近距离散点图(图8),若图8 中574 个火点随机均匀分布于Y轴、X轴,则表示火场与路网的距离,与单线路的距离均值为45.29 m,中位数17.81 m,与双线路的距离均值为89.01 m,中位数60.55 m。由此可见,起火地点主要集中于路网附近,包括林田(地)交界处、林路交界处、林墓交界处、林村交界处等林缘地带及散坟所在林地。
图8 森林火场与路网最近距离散点Fig.8 Scatter diagram of the nearest distance between forest fire site and road network
4.4 森林火灾与生境因子的相关性分析
4.4.1 森林火灾与地形、地貌的相关性分析
4.4.1.1 海拔高度
基于分析数据库统计形成海拔与森林火灾发生的关系分析图(图9)可知,宁波市的森林火灾主要发生在海拔400 m 以下的低山丘陵区,占总数的97.2%,海拔中位数为70 m,均值为102.86 m。平原区和高山区则较少,这种发生特点与宁波市森林资源的分布特点和人为活动特征完全一致。平原区的森林资源总量少,且多以常绿的人工群落为主,林分密度较大,地表枯落物的含水率高,不易燃烧。山区是森林资源的主要分布区,而海拔在400 m 以下的低山丘陵区既是人类的主要生产区,也是主要的墓葬区,因此,山区是林火的高发区。海拔较高的区域则人类活动相对减少,故林火发生数也相应减少。
图9 海拔与森林火灾发生的关系Fig.9 Analysis on the relationship between altitude and forest fire
4.4.1.2 坡度
根据图10 的统计数据表明,坡度为18°~36°的林地是森林火灾的高发区,该区域林火发生数占到了统计数的88.51%,中位数为坡度25°。分析其原因,主要是此类缓坡地一般处于与林特产业区相接壤的林缘地带,也是主要的墓葬区,人类生产、休闲、扫墓等活动比较频繁,增加了火灾发生的频率。
图10 林地坡度与森林火灾发生的关系Fig.10 Analysis on the relationship between forest slope and forest fire
4.4.1.3 坡向
由于火灾调查登记表中缺乏坡向的记载,无法从本地林火档案中总结林火发生与坡向的关系。根据美国唐纳德·波瑞的研究结果(图11),在东、南、西、北及平地5 类坡向中,南坡的火情要高于其他坡向,而北坡的火情则要低于其他坡向,这主要跟南坡接受的太阳辐射多、吸收的热量多,而北坡吸收的太阳辐射热少有关。这与人们对林火管理者的直观感受是相一致的。
图11 不同坡向森林火情分布[22]Fig.11 Forest fire distribution map in different slope directions
4.4.2 森林火灾与植被的相关性分析
4.4.2.1 林种
松林是宁波市森林的主要类群,根据宁波市“十三五”森林资源二类调查成果,宁波全市混交林含松占比10%以上(含松林地)面积为150 400 hm2。其中,占比40%及以上松林面积为41 107 hm2,占比70%以上松林面积为15 400 hm2。一般而言,松林基本上分布在土壤比较瘠薄、立地条件相对较差的林地上,往往以纯林或与其他落叶阔叶树种混交出现,林下阳性灌木及杂草较多,加上松树本身含油脂,因此,此类林种较易燃烧,成为火场中最易燃、蔓延最迅速的林种[23],在受害森林中,松林占到了40%而位居首位(图12)。
图12 森林火灾受害率与林种的关系Fig.12 Relationship between damaged forest area and forest species
从林分组成来看,针叶林和阔叶林纯林的受害总面积占63.17%,而针阔混交林的受害面积仅为15.79%,这说明纯林在宁波市立地和气候等环境条件下更容易引发火灾及造成火灾蔓延,而针阔混交林则相对不易引发森林火灾。因此,强化对现有纯林特别是松类纯林的针阔混交化改造对森林消防工作具有积极意义。
从统计结果也可以看出,毛竹林的火灾发生率较低,这既与毛竹林的集约经营度高有关,也与毛竹林具有枝下高、林下枯落物少、林内空气及土壤湿度大、温度低等良好的阻火环境有关,因此,在实践中可以将生长健康的毛竹林直接界定为生物防火林带[24]。
4.4.2.2 林龄
统计数据表明(图13),宁波市森林火灾危害较大的林分是幼龄林和中龄林,分别占森林火灾发生数的54.18%和42.33%,两者之和达到了96.51%。幼龄林由于尚未郁闭,林地内的阳性杂草、灌木较多,土壤易干燥,火灾风险较大。中龄林虽已郁闭,但因郁闭时间不长,林下荫生性植物尚未发育或发育不多,阳生性植物仍占有较大的比例,且林下枯落物积累较多,含水率较低,分解不充分,使得此类林分的林火风险最大。近熟林、成熟林因林分郁闭时间较长,林下荫生性植物发育良好,虽无荫生性植物发育,但因林下枯落物分解比较充分,含水率高,致使此类林分的林火风险较小。目前,在宁波市的森林资源中,幼龄林所占面积比重高达67.08%,中龄林所占面积比重为23.74%,两者之和高达90.82%,因此,目前宁波市森林消防工作的形势仍非常严峻。
图13 森林火灾发生次数与林龄的关系Fig.13 Relationship between the number of forest fires and forest age
4.4.2.3 郁闭度
从森林火灾与郁闭度的关系图(图14)可以看出,当林分郁闭度为0.1 时,林火发生率较低,当林分郁闭度达0.2~0.3 时,林火发生率大幅度升高,并在0.3 时达到峰值。随着林分郁闭度的增加,林火的发生率呈现出逐步下降的趋势,当郁闭度达到0.8 以上时,林火表现出了低发的态势。分析其原因,主要仍是与林内可燃物的数量、性质及林内火环境的变化规律有关。郁闭度为0.1~0.2 的林分一般为新造林分,尚处于造林后的幼林抚育期,林地内的阳性杂草、灌木等均被1年2 次的抚育工作清除了,地表可燃物积累少,林分不易燃烧。郁闭度为0.2~0.5 的林分往往3年抚育期已满,林内阳性杂草、灌木的生物量较大,加上林内通风采光都较好,温度相对较高,湿度相对较低,且通风良好的林内由于地形的变化容易形成小地形风向。从火场环境角度分析,这类林分为林火的发生和蔓延提供了良好的条件,林火发生概率高。随着林分郁闭度的不断增加,林内阳生性植物开始减少,温度开始降低,湿度逐步增加,风速变小,地表枯落物的含水率也逐步提高,林火的发生率也开始逐步降低。当林分郁闭度达到0.8 以上时,林地已基本为郁郁葱葱的林木所覆盖,林下荫生性植物开始发育,而且由于林内小气候环境的改善,枯落物含水量较高,分解加快,林内良好的阻火环境基本形成,因此,森林火灾也呈现出低发的良好态势。
图14 森林火灾发生次数与郁闭度的关系Fig.14 Relationship between the number of forest fire and canopy density
5 结论与讨论
森林资源是森林火灾发生的基础,森林资源的性状直接影响着林火的发生和发展规律。松林等纯林的林火发生频率较高,可以通过阔叶化改造措施将其改造成针阔混交林,以降低森林火险。在幼林3年抚育期满至郁闭前的林分内可燃物积累较多,林火发生率较高,建议采取有效措施进行预防。健康的毛竹林具有较好的林内阻火环境,可在实践中直接界定为生物防火林带。
低丘缓坡、阳坡、林缘既是农事活动和人类休闲活动的频繁区,也是墓葬集中区,该区域内人为活动多,野外违规用火多,火灾隐患大,须加强生物防火林带等基础设施建设,同时应加强宣传、巡逻力度,积极做好森林火灾的预防工作。
从历史森林火灾发生地点分析,主要有3 种类型的高风险区域值得引起关注:第1 种,是县域内的局部高火险区(如宁海县中南部等),需加强高火险期巡查,做好预防工作;第2 种,是各县域接壤处(如宁海北与奉化南交界等)的高风险区域,需要由宁波市级层面协调,各区(县、市)做好联防联控;第3 种,是市域间(如宁海县西北部山区与台州市天台县交界处等)的高风险区域,需要由浙江省级层面做好协调,由相关地(市)做好联防联控,在高火险时期做好应急救援队伍、应急物资的靠前部署工作。
宁波市1996-2021年发生的森林火灾,除1起由雷击引发外,其余均由人为野外违规用火造成,其中以烧荒、烧炭和上坟烧纸为主。近年来,随着各地森林消防宣传教育工作的深入开展和在源头上加强了对野外火源的管理,烧荒、烧炭、上坟烧纸等陋习已得到了较好的控制,也为从源头上做好全市森林消防工作奠定了基础。然而,随着森林旅游业的蓬勃发展,林区人类活动变得更加频繁,活动范围也呈逐年扩大趋势,这给野外火源的管理带来了新的挑战,森林消防工作者需要积极采取应对措施,做到防患于未“燃”。
随着森林防灭火措施的不断加强和技术的日益完善,近年来,宁波市的林火进入了低发的良好局面。目前,在宁波市森林资源中,中龄林、幼龄林所占的面积比重高达90.82%,此类林分可燃物积累较多,发生火灾的概率高。同时,由于农村生火习惯的改变,导致各类林分的可燃物积累不断增多,火险等级日益增加,因此,宁波市森林消防工作的形势依然十分严峻。建议当地森林资源管理部门积极推动中幼林抚育,及时清理林中地表可燃物堆积,有效减少林内可燃物载量,切实降低森林火灾发生风险;同时,应加强生物防火林带、“引水灭火”、智慧监控等消防基础设施建设,将森林火灾人为的被动防御向技防为主、人防与技防紧密结合的主动防御转变,切实提高森林消防的安全性和有效性。