秦岭林区森林火灾扑救的最佳时间探讨*

张剑云,王俊明,周恩强

秦岭林区位于陕西省中南部,渭河和汉水之间,包括商洛地区全部,宝鸡,西安,渭南,汉中,安康等地区(市)的大部或一部分。山高坡徒,石质山场,森林茂密。有林地247.5万hm2,占陕西省有林地总面积的54.01%,森林覆盖率为46.5%。随着天然林保护、退耕还林等林业六大重点工程的全面启动,每年新造林面积巨增,森林覆盖率逐年增长,防火战线加长,林内可燃物不断增厚,火险等级提高,发生森林大火的危险增大。据秦岭林区历年森林火灾情况统计资料,森林火灾发生期主要集中在每年的l1月至翌年的5月底,高峰期在2～4月。这一时期天气干旱和日照时间长,空气干燥。特别是阳坡日照强,温度高,蒸发快,林地上堆积着大量枯枝落叶,含水量低,一旦遇到火源,极易引起森林火灾,这一段时间定为防火戒严期[1]。每年都要发生数十次森林火灾,研究戒严期扑火技术很有必要。

1 秦岭林区晨火的表现

据多年观测,秦岭林区经过一夜低温和相对较大的空气湿度,早晨维持林火持续燃烧的可燃物温度低、湿度大,早晨6:00火场一般是零星状的点火或团火[2],林火主要围绕枯树根、清林带、风倒木和地表上栓皮燃烧;又由于山风的作用,早晨6:00一般林火在沟底,蔓延速度缓慢,火势弱,余火多在平缓处。秦岭道路多是沿溪线,这时灭火难度小,事半功倍。是实现打早、打小、打了的关键所在。错失这段扑救时间,随森林小气候的变化,林区局部地区温差增大,水分蒸发增加,空气相对湿度降低,地表温度迅速升高,可燃物湿度变小,形成线状、带状火龙,加之谷风的作用,火灾向山梁和两翼蔓延,扑火距离变远,面积大,形成的脊火窜上悬崖,难以扑救。

2 林火扑救最佳时间的确定

扑火的最佳时间一般是地表温度最低时到加剧回升前;可燃物湿度最大到迅速下降前;微风到大风吹起前;山风(风向由山顶向沟底,火头向下发展)和静风期;天亮之后,有利扑救人员安全。这段时间火势弱、蔓延慢,是直接灭火的最有利时期,人员、工具易于投入,安全程度高,一举扑灭,事半功倍。

2.1 日气温加剧回升时间

温度影响可燃物的着燃性,直接影响火灾扩散、燃烧速度等。空气温度对森林火灾的影响是多方面的。温度越高,可燃物中水分蒸发和变干的速度越快,火灾发生的可能性越大。气温影响可燃物的着燃性,高温还会促使火势更加猛烈。林火发生最多的时间,大多是白天气温出现最高的时段。因为气温升高加速可燃物自身温度升高、含水量变小,易接近燃点。在气温迅速回升前,扑灭余火,省时省力,效果最佳。从秦岭地区3个主要地市代表性日气温变化曲线图,可以确定较低气温在一天中的持续时间段和加剧回升时间:最低气温是夜晚2:00到早上7:00,早晨7:00后,气温迅速上升。秦岭气象资料也显示一天中最低气温是凌晨2:00到日出前,最高气温在下午14:00左右。单从地表温度看,秦岭林区最佳扑火时间为晚上2:00到早上7:00。

图1 秦岭地区主要城市代表日气温变化

2.2 空气湿度最大时间

空气湿度是火险天气中的关键因素。相对湿度增大,可燃物含水率也随之增大。湿度不同,火势蔓延快慢也不同。从图2可以看出,秦岭林区空气相对湿度晚上20:00到早晨7:00最大,早晨7:00点后迅速下降。秦岭山区降水量较大,溪流较多,空气相对湿度一般早晨高于正午15%～20%,同时早晨植被多被晨露,含水率也大于正午时分,这与罗永忠、车克钧等人得出的“森林可燃物含水率变化规律为活体可燃物含水率在早上8:00含水率较高 ,而到中午14:00含水率降到最低 ,死体可燃物其含水量在每日凌晨6:00～8:00最高,在中午12:00～14:00达到最低。早时8:00前气温低,空气湿度高,地表植被含水率高”[3]结论一致,因此从空气相对湿度方面考虑,晚上20:00到早晨7:00是扑灭林火的有利时机。

2.3 外界风力最小时间

风力大小与森林火灾的发生关系尤为密切,风能改变热对流,增加热平流,风速加大,可以加快热量传播速度,加速火势蔓延。同时,风还起加速蒸发、加快干燥,使未燃烧的可燃物蒸发变干和易燃,另外,可燃物燃烧后,通过风带来新鲜氧气,起助燃作用,使火势更旺,火花飞溅,影响火灾形状,延伸火灾外形,扩大火灾面积,使地面火变为树冠火。风速趆大,火灾蔓延趆快。大风天气多,火灾频次高。从图3可以看出,秦岭林区风速早晨略比小于中午,12:00前后风速增大。这是由于10:30之后,阳光的照射下,气温升高,容易产生较强的垂直运动对流,同时,暖湿空气运动中遇到山坡被抬升,引起强烈对流,加大风力。多年观察结果也是秦岭早晨无风或微风,从正午12:00以后开始吹风。

图2 秦岭地区主要城市代表日空气湿度变化

2.4 秦岭局地沟道自身风向为山风或静风期

在山区,白天风从山谷吹向山顶,称为谷风;夜间风从山顶吹向山谷,称为山风。夜间山坡上的空气受山坡辐射冷却影响,山谷“加热炉”变成了“冷却器”,空气降温较多;谷风强,山风弱。谷风一般在日出后2～3 h出现,并随着气温的升高风速加大,午后达到最大,之后随着气温降低,风速逐渐减小,直至日落前 1～2 h,谷风平息,山风代之而起,这样周而复始,使得山顶昼夜有风,终年不断。尤其在夏季,谷风、山风愈加明显。谷风平均速度约2～4 m·s-1,有时可达7～10 m·s-1。夜晚,山风把水汽从山上部带入谷地,使得山上部空气湿度减小,谷地空气湿度增加。张耀存的研究表明[4],山风在20:00以后开始形成,并随着近地层空气逐渐变冷,风速也逐渐增强,到夜间3:00左右山风强度达到最大,之后基本上维持这种环流形式直到日出后转换成谷风,这一过渡阶段正是山风逐渐减弱,谷风逐步建立的过程,水平流场表现为紊乱的流型。从表1可以看出,秦岭火灾易发季节(11月初到下年5月中旬),谷风形成时间1月份一般在10:30以后,11月、12月、3月在10:00以后,4月份、5月份在9:30以后。扑灭静风火、山风火相对省时省力。在晴朗的白天,谷风把温暖的空气向山上部输送,使之气温升高,并把谷地水汽带到上部使空气湿度增加,谷地的空气湿度减小,这种现象,在中午时段特别显著。因此,扑火最好在中午前。

2.5 天亮时间

从安全角度出发,天亮时扑火主力人员到达火点附近,投入扑救,最为理想。从秦岭天亮时间(表2)考虑,11月份、2月份、3月份扑火主力人员到达火点附近时间最好在早晨7:00,12月份、1月份在7:30,4月份在6:00,5月份在5:30左右。

图3 秦岭地区主要城市代表日风速风向变化

表1 秦岭日出时间

表2 秦岭天亮时间表

3 结论

(1)秦岭山区气温回升时间是早晨7:00前,湿度降低是早晨7:00后,微风或小风在12:00前,山风期或静风期1月份在10:30以后,11月、12月、3月在10:00以后,4月份、5月份在 9:30以后;天亮时间是11月份、2月份、3月份为7:00,12月份、1月份在7:30,4月份在6:00,5月份在5:30左右。秦岭林区每天最佳扑火时间为3～4 h。

(2)从每日气象因子变化规律上来看,早晨10:00前,温度低、风力小、湿度大、植物和地被物含水率高、风向有利、火势保持夜火特色,成零星状的点火或团火,火势小、蔓延速度慢,是打早打小的好时机,从安全角度,天亮以后才有保证。因此,最佳扑救时间是每日天亮到10:00前。

[1] 李先敏.陕西秦岭地区森林火灾相关性分析[J].森林防火,2005,(3):22-23.

[2] 王秀丽,崔卫军,王俊明.秦岭森林火灾扑救的经验和教训[J].陕西林业科技,2008,(3):77-79.

[3] 罗永忠,车克钧.祁连山林区森林可燃物含水率变化规律研究[J].甘肃农业大学学报,2005,(2):239-244.

[4] 张耀存.植被对山谷风环流形成与演变过程影响的数值试验[J].气象科学,1995,(3):245-253.

[5] 盛志行.科学规避森林火场风险的探讨[J].森林防火,2011,(1):12-14.