李若楠++李俊樂(lè)++鄭國(guó)偉++劉多文++馬曉穎++寧大可++沈斌++吳佳麗++李文博++劉明

摘要 當(dāng)前撫順市氣象部門發(fā)布的森林火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)中，空間位置較粗略，以點(diǎn)帶面，預(yù)報(bào)方法單一落后、時(shí)效性較差，不能滿足各級(jí)森林防火工作的實(shí)際需求。為此，筆者引入新的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)方法，采用修正的布龍-戴維斯方案計(jì)算森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)，建立本地動(dòng)態(tài)氣象要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，研發(fā)撫順森林火險(xiǎn)氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)計(jì)算撫順各地區(qū)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞 森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)；相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)；修正的布龍-戴維斯方案；綜合氣象干旱指數(shù)；撫順森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件

中圖分類號(hào) S762.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）03-0162-02

撫順市地處遼寧東部山區(qū)，屬長(zhǎng)白山系龍崗山脈，森林資源豐富，森林覆蓋率達(dá)67.92%。每年10月至次年3月是森林防火期，而氣象條件決定著森林火災(zāi)的發(fā)生與蔓延，正確預(yù)報(bào)森林火災(zāi)發(fā)生的可能性對(duì)森林防火和保護(hù)森林資源具有重要的意義。

從20世紀(jì)20年代開(kāi)始，氣象和林業(yè)專家對(duì)森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)進(jìn)行了研究。1928年，Wright僅簡(jiǎn)單地以空氣相對(duì)濕度作為火險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)[1]，1967年McArthur總結(jié)了McArthur火險(xiǎn)尺[2]，之后，Noble等又在此基礎(chǔ)上總結(jié)了森林火險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算式[3]。1998年國(guó)家氣象中心結(jié)合美國(guó)洛杉磯林業(yè)試驗(yàn)站布龍-戴維斯方案，利用特大火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)反復(fù)驗(yàn)證，研制出了國(guó)家級(jí)森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)[4]。本文以撫順章黨、清原、新賓為例，建立森林火險(xiǎn)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，采用修正的布龍-戴維斯方案，研發(fā)森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件并開(kāi)展業(yè)務(wù)化運(yùn)行。

1 預(yù)報(bào)方法的研究

森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)FFDI是反映森林起火難易程度的氣象指標(biāo)；森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)FFDR反映森林起火難易程度氣象指標(biāo)的等級(jí)，即對(duì)FFDI進(jìn)行等級(jí)劃分。

1.1 相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)計(jì)算方法

本文采用《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481—2006）中推薦使用的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)指標(biāo)，相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)是表征某時(shí)段降水量與蒸發(fā)量之間平衡關(guān)系的指標(biāo)之一。公式為：

M=（P-PE）/PE（1）

式中：P—某時(shí)段的降水量（mm）；PE—某時(shí)段的可能蒸散量（mm），用Thornthwaite方法計(jì)算。

1.2 可能蒸散量的經(jīng)驗(yàn)公式

Thornthwaite方法是《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481—2006）中推薦的求算可能蒸散量的經(jīng)驗(yàn)公式。公式為：

式中：PEM—可能蒸散量，是指月可能蒸散量（mm/月）；Ti—月平均溫度（℃）；H—年熱量指數(shù)；A—常數(shù)。

A=6.75×10-7H3-7.71×10-5H2+1.792×10-2H+0.49。

當(dāng)月平均氣溫Ti≤0 ℃時(shí)，月熱量指數(shù)Hi=0，月可能蒸散量PEm=0（mm/月）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)計(jì)算方法

本文采用《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481—2006）中推薦的標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)（簡(jiǎn)稱SPI），是在計(jì)算出某時(shí)段內(nèi)降水量的Г分布概率后，再進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終用標(biāo)準(zhǔn)化降水累計(jì)概率分布來(lái)劃分干旱等級(jí)，最終計(jì)算公式如下：

1.4 綜合氣象干旱指數(shù)的計(jì)算方法

本文采用《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481—2006）中推薦的綜合氣象干旱指數(shù)（CI），既反映短時(shí)間尺度（月）和長(zhǎng)時(shí)間尺度（季）降水量氣候異常情況，又反映短時(shí)間尺度（影響農(nóng)作物）水分虧欠情況。該指標(biāo)適合實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)和歷史同期氣象干旱評(píng)估，計(jì)算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30（8）

式中：Z30、Z90—分別為近30 d和90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI，由式（7）得；M30—近30 d相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)，由式（1）得；a—為近30 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，由達(dá)輕旱以上級(jí)別Z30的平均值除以歷史出現(xiàn)最小Z30值，平均取0.4；b—為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，由達(dá)輕旱以上級(jí)別Z90的平均值除以歷史出現(xiàn)最小Z90值，平均取0.4；c—為近30 d相對(duì)濕潤(rùn)系數(shù)，由達(dá)輕旱以上級(jí)別M30的平均值除以歷史出現(xiàn)最小M30值，平均取0.8。

通過(guò)式（8），利用前期平均氣溫、降水量，可以滾動(dòng)計(jì)算出每天綜合氣象干旱指數(shù)（CI），進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)。

1.5 修正的布龍-戴維斯方案

采用布龍-戴維斯火險(xiǎn)標(biāo)尺法計(jì)算的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)為U，即選取相對(duì)濕度、風(fēng)速、可燃物濕度、溫度及降水間隔日數(shù)等因子，并把這些因子作為火災(zāi)危險(xiǎn)度的變量[4]?；馂?zāi)危險(xiǎn)度指標(biāo)是各變量貢獻(xiàn)之和，各變量均用百分?jǐn)?shù)表示，U的表達(dá)式為：

U（V，T，F(xiàn)，M）=f（V）+f（T）+f（F）+f（M）（9）

式中：U—森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)，V—14：00風(fēng)速（m/s），T—14：00氣溫（℃），F(xiàn)—可燃物濕度+相對(duì)濕度×0.25。

經(jīng)過(guò)指數(shù)訂正，得到最終的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)FFDI：

FFDI=U×Cr（10）

式中，Cr—降水量修正系數(shù)，當(dāng)日有降水取值為0，當(dāng)日無(wú)降水取值為1。修正方案中氣象因子及其指數(shù)查對(duì)見(jiàn)表1。采用修正的布龍-戴維斯方案計(jì)算的森林火險(xiǎn)氣象指數(shù)U1表達(dá)式為：

U1（V，T，F(xiàn)，M）=f1（V）+f1（T）+f1（F）+f1（M）（11）

根據(jù)《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481—2006）綜合氣象干旱指數(shù)CI>-0.6屬于無(wú)旱類型，CI的計(jì)算見(jiàn)式（8）。依據(jù)遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《森林防火技術(shù)規(guī)程》（DB21/T2732—2017）以及《森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿》，將森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)。規(guī)定FFDI與FFDR命名對(duì)照以及森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)的描述見(jiàn)表2。endprint

2 森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型

每日20：00自動(dòng)提取本地氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)庫(kù)中前1 d 20：00至當(dāng)天20：00各預(yù)報(bào)站點(diǎn)的降水量、日最高溫度、日最低溫度，經(jīng)過(guò)計(jì)算建立逐日降水量、日平均氣溫、月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)選擇日期，采用修正的布龍-戴維斯方案計(jì)算得出撫順各地區(qū)的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)，并展示在界面上[5-7]。系統(tǒng)概念模型如圖1所示。

3 森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件實(shí)現(xiàn)

當(dāng)日20：00前運(yùn)行森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件，界面默認(rèn)顯示為前1 d結(jié)果，以2017年10月8日章黨、清原、新賓站為例（圖2）；當(dāng)日20：00以后運(yùn)行森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)軟件，界面默認(rèn)顯示為當(dāng)天結(jié)果?？赏ㄟ^(guò)改變?nèi)掌陲@示指定日期的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果。通過(guò)參數(shù)設(shè)置可對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源、火險(xiǎn)等級(jí)描述、自動(dòng)站數(shù)據(jù)庫(kù)連接參數(shù)和擬預(yù)報(bào)臺(tái)站進(jìn)行設(shè)置。

4 結(jié)論

采用修正的布龍-戴維斯方案，建立本地森林火象氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)軟件可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)滾動(dòng)的森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)預(yù)報(bào)，并可精確到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，滿足各級(jí)森林防火工作的實(shí)際需求，對(duì)于加強(qiáng)森林防火工作，防范火災(zāi)發(fā)生具有重要意義[8-9]。

5 缺點(diǎn)及不足

修正的布龍-戴維斯方案中所選的因子均基于氣象自動(dòng)站實(shí)況數(shù)據(jù)，若某自動(dòng)氣象站缺少對(duì)某個(gè)因子的采集，如相對(duì)濕度因子，則此方法就不適用。目前撫順市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象自動(dòng)站多為四要素自動(dòng)站，滿足修正的布龍-戴維斯方案的代表站較少，以后可以通過(guò)增加多要素氣象自動(dòng)站的建設(shè)解決此問(wèn)題。

6 參考文獻(xiàn)

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