周明昆，王永平，高月忠

(大理州氣象局，云南 大理 671000)

1 引言

森林是林木、伴生植物、動物及其與環(huán)境的綜合體，森林與所在空間的非生物環(huán)境有機地結合在一起，構成完整的生態(tài)系統(tǒng)。森林是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是全球生物圈中重要的一環(huán)。它是地球上的基因庫、碳貯庫、蓄水庫和能源庫，對維系整個地球的生態(tài)平衡起著至關重要的作用，是人類賴以生存和發(fā)展的資源和環(huán)境。近幾十年來，隨著氣候變暖以及林區(qū)用火增多，森林火災發(fā)生的次數(shù)和災害損失都呈明顯的上升趨勢，森林火災已成為對森林資源影響最大的災害［1］。

大理州地處云貴高原與橫斷山脈南端結合部，山地面積占國土面積的90%以上，森林覆蓋率約為58%。大理州冬春季氣溫高、降水少、風力大，極易發(fā)生森林火災。由于森林面積大，大理州森林火災發(fā)生次數(shù)多，災害損失嚴重。據(jù)研究森林火災發(fā)生的次數(shù)和災害損失程度都與氣象因子有著密切的關系，因此進一步研究氣象因子對森林火災影響的規(guī)律對森林火災預報和撲救有著重要的指導意義。國外最早在20 世紀初就開始研究氣象因子對森林火災的影響，并建立了利用氣象因子進行森林火險預報的預報模型。我國是20 世紀50年代以后才開始這方面的研究，進入21 世紀后，多級氣象部門開始發(fā)布“森林火險天氣預報”，為此對我國森林火災的發(fā)生和火險預報規(guī)律進行了廣泛、深入的研究，取得了較大進展。許東蓓等［2］分析了甘肅省林區(qū)氣候特征及其與森林火險的關系，研究發(fā)現(xiàn)在氣溫高、濕度大、降水量多、干旱指數(shù)高的季節(jié)，火災發(fā)生率較低，而在天氣寒冷、空氣干燥、降水量稀少、干旱指數(shù)低的季節(jié)，火災發(fā)生率較高。邱泉成等［3］對閩北林區(qū)森林火災與氣象因子的研究分析中指出森林火災的發(fā)生與相對濕度、蒸發(fā)量、溫度日較差和降水量有密切的關系。姚源山等［4］在對黔東南森林火險預報的研究中指出氣溫、相對濕度、風速和連續(xù)無雨日數(shù)對黔東南森林火災的發(fā)生有明顯影響。韓姍姍等［5］對榆林市森林火險與氣象條件的研究中指出降水、相對濕度、氣溫、風速與森林火險密切相關。朱壽燕等［6］在對臺州市森林火災的研究分析中指出隨最低氣溫降低，森林火災次數(shù)概率出現(xiàn)極明顯的增加;最小相對濕度能較好地反映天氣的干燥情況，可以作為森林火險等級預報的主要依據(jù)之一;風速、降水、日照等與森林火災次數(shù)、過火面積沒有顯著的相關性。從國內(nèi)森林火災與氣象因子的研究中可以發(fā)現(xiàn)氣象因子對森林火災的發(fā)生、發(fā)展有密切的關系，但影響森林火災的氣象因子地區(qū)間存在顯著差異，因此，要實現(xiàn)大理州森林火險等級精細化氣象預報就必須深入分析影響大理州森林火險等級的主導氣象因子。

2 資料與方法

2.1 資料來源

大理州2001年～2010年發(fā)生的471 起森林火災資料由大理州防火辦提供，主要包括火災發(fā)生的時間和地點。氣象資料選用同期各縣(市)氣象站的逐日資料，主要包括降水量、平均氣溫、最高氣溫、平均相對濕度、最大相對濕度、平均風速、最大風速等數(shù)據(jù)。

2.2 分析方法

分析大理州2001年～2011年間的471 起火災的時間分布特征，并深入研究對應時間和地點的氣候條件，找出與森林火險關系密切的氣象因子，進行統(tǒng)計分析，計算各因子與森林火災次數(shù)的相關系數(shù)，并進行相關性的顯著性檢驗。

3 結果與分析

3.1 森林火災的時間分布及對應的氣候特征

對大理州2001年～2010年火災次數(shù)及對應氣象要素進行統(tǒng)計，結果如圖1。在分析的471 起火災數(shù)據(jù)中有470 起發(fā)生在1月～6月上旬，1 起發(fā)生在12月上旬。2月上旬～5月中旬是大理州森林火災高發(fā)期，期間發(fā)生的火災占總量的93%，其中3月上旬～4月上旬火災最為集中，占總量的55%。1月～4月是大理州的干季，氣候特征主要表現(xiàn)為降水少、濕度小、風力大、氣溫日較差大。進入5月以后雨量增多，濕度增大，風力和氣溫日較差減小。對大理州2001年～2010年1月～6月氣象資料進行統(tǒng)計分析(如圖1)，結果顯示降水量1月～6月逐月遞增;相對濕度1月～3月遞減，3月最小，3月后又遞增;平均氣溫1月～6月逐月遞增;平均風速1月～2月遞增，3月風速有所減小，4月風速最大，5月后風速遞減。從圖1 上直觀的看，森林火災次數(shù)與相對濕度呈負相關，與風速呈正相關，與平均氣溫和降水量沒有明顯的相關性。

圖1 2001年～2010年大理州火災次數(shù)和氣象要素的月際分布

2004年3月是統(tǒng)計時段中森林火災最多的月份，全月全州發(fā)生森林火災48 起，其中3月中旬發(fā)生森林火災21 起，而隨后的2004年4月全月全州只發(fā)生森林火災1 起，對2004年1月～4月氣象條件進行深入分析，從氣象方面能對相鄰兩個月火災次數(shù)的較大差異進行一定解釋。2004年1月～3月降水持續(xù)偏少，特別是2月～3月中旬全州降水特少，12個氣象站中累計降水有1個站為5 mm，2個站為2 mm，5個站為1 mm，4個站無降水。進入4月以后4月1日為多云天氣，4月2日全州出現(xiàn)降水，整個4月全州降水36 mm～100 mm，降水特多，且主要集中在上中旬。2004年1月～2月氣溫正常，3月氣溫特高，各站氣溫較常年偏高2.0℃～3.6℃，4月氣溫正常略低。2004年1月～4月全州平均月相對濕度分別為63%，54%，51%，66%;全州平均月風速分別為2.4 m·s－1，2.5 m·s－1，3.0 m·s－1，2.4 m·s－1。從以上數(shù)據(jù)可看出2004年1月～3月累計降水異常偏少，3月氣溫特高、濕度小、風速大;4月降水特多，氣溫偏低，濕度增大，風速減小。從2004年3月和4月的個例分析中可以看出氣溫和風速與森林火災次數(shù)呈正相關，降水和相對濕度與森林火災次數(shù)呈負相關，降水對森林火災的影響是一個累積過程，降水持續(xù)偏少導致森林火災增加，一旦出現(xiàn)明顯的有效降水則森林火災明顯減少。

為了分析一天之中氣象因子對森林火災的影響規(guī)律，選用2010年3月中旬大理市下關鎮(zhèn)自動氣象站正點平均氣象資料與火災次數(shù)進行對比分析。由于火災大多發(fā)生在晴天，因此選用的樣本(2010年3月中旬)也都為晴天。一天中火災次數(shù)的時間分布和氣象要素的變化如圖2 所示。從一天中火災發(fā)生的時間看，16 時發(fā)生的火災最多，占總數(shù)的18.3%，22 時至次日07 時火災較少，只占總數(shù)的4.7%，從0 時至16 時火災次數(shù)遞增，16 時至23 時火災次數(shù)遞減，其中12 時至19 時發(fā)生的火災占總數(shù)的80.7%。平均氣溫08 時最低，16 時、17 時最高，08時至16 時氣溫遞增，17 時至次日08 時氣溫遞減。風速的變化曲線有兩個波峰和波谷，波峰出現(xiàn)在01時和16 時，波谷出現(xiàn)在08 時和21 時。相對濕度08時最大，17 時最小，08 時至17 時相對濕度遞減，17時至次日08 時相對濕度遞增。從圖2 上可以直觀的看出火災次數(shù)與氣溫和風速呈正相關，與相對濕度呈負相關。

圖2 一天中火災和氣象要素的時間分布

3.2 森林火災次數(shù)與氣象因子的相關性分析

從森林火災的時間分布及對應氣候特征的分析中可以看出氣溫、降水、相對濕度、風速對森林火災的發(fā)生有明顯的影響，為了進一步確定對森林火災有明顯影響的氣象因子，對森林火災次數(shù)與氣象因子進行相關性分析。云龍縣是大理州火災發(fā)生次數(shù)最多的縣份，因此選用云龍縣2001年～2010年1月～5月火災次數(shù)與對應的氣象因子進行相關分析，由于資料不完整，日最大風速和旬、月平均最大風速數(shù)據(jù)只用到2007年～2010年的數(shù)據(jù)。

3.2.1 月火災次數(shù)與氣象因子的相關性

選用當月和上月的平均氣溫、平均最高氣溫、降水量、平均相對濕度、平均最小相對濕度、平均風速、平均最大風速7個氣象因子與火災次數(shù)進行相關性分析，結果表明月火災次數(shù)與上月的氣象因子沒有顯著的相關性，與當月的平均氣溫和降水量也沒有顯著的相關性，與平均最高氣溫、平均相對濕度、平均最小相對濕度、平均風速、平均最大風速都顯著相關，當月氣象因子與月森林火災次數(shù)的相關性見表1。

表1 當月氣象因子與月森林火災次數(shù)的相關性分析

表1 的相關性分析用的氣象數(shù)據(jù)是2001年～2010年的氣象數(shù)據(jù)，由于平均最大風速數(shù)據(jù)只有2007年～2010年的數(shù)據(jù)，對2007年～2010年的月平均風速、月平均最大風速與森林火災次數(shù)進行相關性分析，月平均最大風速與森林火災次數(shù)的相關系數(shù)為0.467，通過0.05 水平的顯著性檢驗，月平均風速與森林火災次數(shù)不顯著相關。從以上分析看出火災次數(shù)與當月降水量沒有明顯的相關性，與氣溫、相對濕度、風速都顯著相關，其中與火災次數(shù)的相關性平均最高氣溫高于平均氣溫，平均相對濕度高于平均最小相對濕度，平均最大風速高于平均風速。綜合分析對月火災次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是月平均最高氣溫、平均相對濕度和平均最大風速。

3.2.2 旬火災次數(shù)與氣象因子的相關性

對旬火災次數(shù)與當旬氣象因子的相關性分析結果表明火災次數(shù)與旬平均氣溫和降水量不相關，與旬平均最高氣溫、平均相對濕度、平均最小相對濕度、平均風速、平均最大風速顯著相關，各因子的相關性分析見表2。

表2 當旬氣象因子與森林火災次數(shù)的相關性分析

對2007年～2010年的旬平均風速、旬平均最大風速與森林火災次數(shù)進行相關性分析，旬平均最大風速與森林火災次數(shù)的相關系數(shù)為0.343，通過0.01 水平的顯著性檢驗，旬平均風速與森林火災次數(shù)不顯著相關。用前兩旬(上旬和當旬)的氣象數(shù)據(jù)與當旬火災次數(shù)進行相關相分析，結果見表3。通過與表2 的對比發(fā)現(xiàn)前兩旬的累計降水量和平均最小相對濕度與火災次數(shù)的相關性高于當旬，其他因子的相關性低于當旬。

表3 前兩旬旬氣象因子與當旬森林火災次數(shù)的相關性分析

綜合分析對旬火災次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是當旬平均最高氣溫、平均相對濕度和平均最大風速以及前兩旬的累計降水量。

3.2.3 日火災次數(shù)與氣象因子的相關性

逐日火災次數(shù)由于樣本過多，為了能突出重點，選用2001年～2010年森林火災高發(fā)期的3月和4月的逐日數(shù)據(jù)進行分析，結果見表4。

表4 當日氣象因子與森林火災次數(shù)的相關性分析

分析結果表明日火災次數(shù)與當日的平均氣溫和降水量不顯著相關，與當日最高氣溫、平均相對濕度、最小相對濕度、平均風速、最大風速都顯著相關。對2007年～2010年3月和4月逐日數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)日最大風速與火災次數(shù)的相關性高于日平均風速。對當日以前1日～30日累計氣象因子與當日火災次數(shù)的相關分析表明當日的最高氣溫、平均相對濕度、最小相對濕度、平均風速、最大風速與火災次數(shù)的相關性高于對應的累計因子，前8日～30日的累計降水量都與當日火災次數(shù)顯著相關，其中前11日～30日的累計降水量與當日火災次數(shù)的相關系數(shù)通過0.01 水平顯著性檢驗，其中相關性最好的是前15日的累計降水量。綜合分析對日火災次數(shù)有顯著指示意義的氣象因子是最高氣溫、前15日累計降水量、平均相對濕度和最大風速。

4 小結

(1)氣溫、降水、相對濕度和風速與大理州森林火災次數(shù)有明顯的相關性，氣溫、風速與火災次數(shù)呈正相關，降水、相對濕度與火災次數(shù)呈負相關。與森林火災次數(shù)相關性較好的因子是相對濕度和風速，氣溫和降水相對較差。與火災次數(shù)的相關性最高氣溫高于平均氣溫，平均相對濕度高于最小相對濕度，最大風速高于平均風速。

(2)對大理州月森林火災次數(shù)有顯著指示意義的因子為月平均最高氣溫、平均相對濕度和平均最大風速;對旬森林火災次數(shù)有顯著指示意義的因子為旬平均最高氣溫、平均相對濕度和平均最大風速以及前兩旬的累計降水量;對日森林火災次數(shù)有顯著指示意義的因子為日最高氣溫、平均相對濕度、最大風速和前15日累計降水量。

(3)降水對森林火災的影響是一個累計過程，降水持續(xù)偏少導致森林火災增加，一旦出現(xiàn)明顯的有效降水則森林火災明顯減少，當日森林火災的易發(fā)程度前8日～30日的累計降水量都顯著相關，與前15日累計降水量的相關性最好。

(4)本文分析的是氣象因子與火災次數(shù)的相關性，火災次數(shù)直接反映了森林火險等級，因此用本文分析中顯著相關的氣象因子進行森林火險等級天氣預報是可行的。

(5)本文的分析沒用考慮物候季節(jié)變化對森林火災的影響，實際中氣象要素和森林地面覆蓋物的含水率隨物候季節(jié)有明顯的變化，物候季節(jié)的變化對森林火災的發(fā)生有顯著影響，用氣象因子進行森林火險等級天氣預報時需加入物候季節(jié)指數(shù)訂正。

［1］周廣勝，盧琦.氣象與森林草原火災［M］.氣象出版社.3.

［2］許東蓓，蒲肅，黃玉霞，等.甘肅省林區(qū)氣候特征及其與森林火險的關系［J］.西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版)，2008，36(2):97～103.

［3］邱泉，曹李興，曹頂富，等.閩北林區(qū)森林火險等級中期預測方法［J］.森林防火，2011(6):24～28.

［4］姚源山，彭興德，蒙濤.黔東南森林火險氣象預報方法［J］.貴州氣象，2003(6):15～17.

［5］韓姍姍，高蕊，萬紅衛(wèi).榆林市森林火險氣象等級預報預警系統(tǒng)［J］.山東林業(yè)科技，2010(4):57～59.

［6］朱壽燕，王秀珍，羅家進.浙江省臺州市森林火災與氣象條件關系分析［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30(增1):157～158.