加拿大林火天气指标系统在吉林省的应用1)

单延龙 孙平岩 关 山 孙靖松 张译文

(北华大学，吉林，132013) (吉林省林业厅) (北华大学)

责任编辑:张 玉。

加拿大林火危险等级系统，是世界上被广泛应用的火险系统之一［1－2］，其中加拿大林火天气指标系统是加拿大林火危险等级系统中的一个子系统。该系统一方面考虑气象因子，另一方面考虑森林可燃物状态，将气象因子和可燃物含水率有机地联系，通过天气条件的变化计算可燃物含水率的变化，然后再根据不同大小或位置的可燃物含水率确定潜在火险等级［3］。在20世纪80年代，加拿大林火天气指标系统首次被引进到中国的大兴安岭地区，并且火天气指标系统在大兴安岭地区能够很好地评估火险［4］。因此，本文使用吉林省1996—2010年每日气象数据，评估加拿大林火天气指标系统在吉林省的适用性，并对1996—2010年林火数据验证。

1 研究区概况

吉林省位于中国东北地区的东部，地处北温带，地理位置东经121°38'～131°19'、北纬40°52'～46°18'。吉林省山地面积占全省总面积的36．0%，湿地面积占28．2%，丘陵面积占5．8%［5］。吉林省作为中国重点林区之一，全省林业用地面积为911．64万hm2，占全省总土地面积的48．3%，其中:有林地面积占全省总土地面积的33．1%，疏林地面积占全省总土地面积的2．3%，灌木林地面积占全省土地面积的2．9%，未成林造林地面积占全省总土地面积的3．2%，无林地面积占全省总土地面积的6．8%。全省森林覆盖率为35．9%，居中国第5位［6］。吉林省，具有显著的温带大陆性季风气候特点，四季分明，雨热同季。有明显的四季更替，春季干燥风大，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长。全省大部分地区年平均温度为2～6℃，全年日照2 200～3 000 h。全省年降水量400～850 mm，自东部向西部有明显的湿润、半湿润和半干旱的差异。全省无霜期，中部以西150 d左右，东部山区130 d左右。初霜期一般在9月下旬，终霜期在4月下旬至5月中旬［7］。

2 数据与方法

气象数据来源于中国气象科学数据共享中心(http://cdc．cma．gov．cn/)。本文选用36个气象站，其中:吉林省24个气象站、辽宁省3个气象站、内蒙古3个气象站、黑龙江省6个气象站(见图1)。数据包括1996—2010年每日气象数据(日最高气温、日最小相对湿度、日最大风速、日降水量)。林火数据来自于吉林省林业厅森林防火办公室和吉林省档案馆，主要指标包括1996—2010年累计发生的894次森林火灾的发生时间、着火点经纬度坐标、火场总面积、受害森林面积。

图1 各气象站站点分布

利用收集到的每日气象数据中日最高温度、日最小相对湿度、日降水量、日最大风速，根据Van Wagner的FWI系统模型公式［8］，用Fortran语言编程，计算得出从1996年1月1日到2010年12月31日36个气象站每日的FFMC(细小可燃物湿度码)、DMC(半腐层湿度码)、DC(干旱码)、ISI(初始蔓延指标)、BUI(积累指标)、FWI(林火天气指标)值，然后用薄板样条插值方法形成5 479个吉林省栅格图，栅格图的分辨率为1 km。对1996—2010年每月的平均火险指数与林火进行相关分析，验证加拿大林火天气指标系统在吉林省的适用性。

3 结果与分析

3．1 吉林省林火状况

从表1可见，15 a共发生894起森林火灾，火场总面积为4 838．2 hm2，其中受害森林面积为1 986．8 hm2。平均每次森林火灾火场总面积为5．4 hm2、受害森林面积为2．2 hm2。火场总面积大于100 hm2只占总次数的1．0%，火场总面积占总的39．5%，受害森林面积占总的28．8%。吉林省没有受害森林面积超过93 hm2的大火，但吉林省林火次数相对比较多，年均60次，最多的一年是2008年，为151次(见表2)。

表1 1996—2010年吉林省林火

1996—2010年，吉林省更多的林火发生在春季防火期。在林火频率上，春季防火期与秋季防火期之比为77．7%∶22．3%;火场面积，春季防火期与秋季防火期之比为86．3%∶13．7%;受害森林面积，春季防火期与秋季防火期之比为82．3%∶17．7%。并且4月份无论在火灾次数、火场总面积，还是受害森林面积都达到最大，分别为46．2%、62．3%、61．7%(见表3)。1996—2010年，吉林省林火中，自然火源仅占0．783%，其他都是人为火，并且绝大部分都是地表火。

表2 1996—2010年吉林省林火逐年分布状况

表3 1996—2010年吉林省林火月变化

3．2 FWI指标与林火发生的相关分析

由表4可见，除了DC，林火次数和受害森林面积与其他的林火天气指标极其显著相关;并且除了DC和BUI，火场总面积也与其他的林火天气指标极其显著相关。火场总面积与BUI虽然没有达到极其显著相关，但P等于0．019，与0．01水平很近。DC与林火没有相关，主要因为DC表示大的倒木，小溪、湿地的水，还有更深土壤有机层的水分状况，并且DC变化很慢［8］，这是正常现象。说明加拿大林火天气指标系统可以在吉林省应用。

表4 1996—2010年每月林火与加拿大林火天气指标的相关分析

3．3 森林火险等级

根据极端火险天气小于3%的原则［8］，本文找到FWI值为96作为极端火险级的低值，然后用几何方法划分其他森林火险级别［8］。统计显示:在3级火险天气下，林火频率、火场总面积、受害森林面积都是最大，分别为48．0%、59．5%、56．6%(见表5)。火灾发生符合正态分布，中间大、两边小。

表5 吉林省森林火险等级划分

4 结论与讨论

除了DC，林火次数、受害森林面积与其他的林火天气指标极其显著相关;并且除了DC和BUI，火场总面积也与其他的林火天气指标极其显著相关。火场总面积与BUI虽然没有达到极其显著相关，但P值与0．01水平很接近。因此说明，加拿大林火天气指标系统可以在吉林省应用。

根据极端火险天气小于3%的原则和几何方法，划分了森林火险级别。在3级火险天气下，林火频率、火场总面积、受害森林面积都是最大。这可能与吉林省没有发生重特大森林火灾，但林火次数相对较多有关，并且吉林省绝大部分林火都是人为引起的，因此，在高火险天气人们和森林防火部门比较重视，所以发生率下降，低火险天气点不着。此种划分方法初步看比较适用，但本方法是否具有科学性，还需对未来情况进行检验，以及与林业行业《全国森林火险天气等级》标准进行对比。《全国森林火险天气等级》标准中，订正指数E值无法找到，需要以后积累数据。通过对比，从而能更好地把加拿大林火天气指标系统运用到吉林省林火预报工作中。

［1］Amiro B D，Logan K A，Wotton B M，et al．Fire weather index system components for large fires in the Canadian boreal forest［J］．International Journal of Wildland Fire，2004，13(4):391－400．

［2］de Groot W J，Field R D，Brady M A，et al．Development of the Indonesian and Malaysian fire danger rating systems［J］．Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change，2007，12(1):165－180．

［3］田晓瑞，McRae D J，张有慧．森林火险等级预报系统评述［J］．世界林业研究，2006，19(2):41－46．

［4］金继忠，韩树庭，周薇．加拿大林火天气指标系统在大兴安岭林区的试用［J］．森林防火，1986(3):19－23．

［5］翟影．吉林省环境保护投资效益分析［D］．长春:吉林大学环境与资源学院，2011．

［6］李光辉．吉林省森林生态效益评估及其生态补偿研究［D］．长春:吉林大学东北亚研究院，2009．

［7］张大伟．近50年吉林省干湿指数时空分布特征分析［D］．长春:东北师范大学地理科学学院，2011．

［8］Van Wagner C E．Development and structure of the Canadian forest fire weather index system［R］．Chalk River Ontario:Environment Canada，Canadian Forest Service，Petawawa Forest Experiment Station，1987．