牛哲
【摘 要】參考國(guó)外森林火險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究的思路,運(yùn)用計(jì)算機(jī)遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)技術(shù)分析技術(shù),并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)基層森林防火的實(shí)際情況,研究一套實(shí)用、高效、精準(zhǔn)的森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。能夠減輕基層森林防火部門的日常工作業(yè)務(wù)量,在地(市縣)級(jí)森林防火部門具有推廣運(yùn)用價(jià)值,對(duì)我國(guó)森林防火系統(tǒng)的建設(shè)有重要意義。
【關(guān)鍵詞】森林火災(zāi);森林火險(xiǎn)等級(jí);監(jiān)測(cè)技術(shù)
引言:
森林是地球生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分,是人類賴以生存的基礎(chǔ)資源,起著保護(hù)水資源和調(diào)節(jié)生態(tài)平衡的重要作用。然而森林每年都會(huì)遭受各種災(zāi)害的侵襲,其中森林火災(zāi)位居破壞森林的三大自然災(zāi)害之首。森林火災(zāi)對(duì)森林的破壞性極大,危害極深,造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重。它不僅燒毀大量的森林資源,破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡,還直接影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。全球每年會(huì)發(fā)生幾十萬次森林火災(zāi),森林的平均損失率在1%以上。因而,預(yù)防和控制森林火災(zāi)仍是世界各國(guó)今后一定時(shí)期內(nèi)普遍關(guān)注的問題。
通過對(duì)森林火險(xiǎn)等級(jí)的監(jiān)測(cè),能有效快速地完成對(duì)火險(xiǎn)的分類傳遞和反饋,將火災(zāi)的發(fā)生控制在萌芽狀態(tài),能有效的預(yù)防森林火災(zāi)。但森林防火是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,森林火險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究是各國(guó)普遍遇到的難題,影響到各國(guó)森林防火水平的發(fā)展。世界上僅有幾個(gè)森林防火技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家,攻克了難關(guān),并在一定程度上預(yù)防了本國(guó)森林火災(zāi)的發(fā)生,減少了森林火災(zāi)帶來的危害。通過借鑒國(guó)外森林防火技術(shù),參考其研究思路,并結(jié)合我國(guó)森林防火的實(shí)際情況,探索具有中國(guó)特色的森林火險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測(cè)技術(shù),具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
一、國(guó)外森林防火監(jiān)測(cè)技術(shù)情況
國(guó)外用于進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)報(bào)的方法有很多種。但歸納起來基本可以分為火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)、林火發(fā)生預(yù)報(bào)和林火行為預(yù)報(bào)三種類型。
(一)加拿大火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)(FWI)
以加拿大火險(xiǎn)森林防火技術(shù)為代表的火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng),可以展現(xiàn)出國(guó)外森林防火水平較高國(guó)家的研究思路和方法。加拿大火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)由六個(gè)部分組成:(3個(gè)基本碼、2個(gè)中間指標(biāo)和1個(gè)最終指標(biāo))①細(xì)小可燃物濕度碼(FFMC);②凋落物下層濕度碼(DMC)③干旱碼(DC);④初始蔓延指標(biāo)(ISI);⑤有效可燃物指標(biāo)(BUI);⑥火險(xiǎn)天氣指標(biāo)(FWI)。這些指標(biāo)的求算通過14時(shí)溫度、風(fēng)速和前24 h降水量求得。只要輸入前一天的FFMC,DMC,DC,通過FWI的計(jì)算,就可得出逐日林火火險(xiǎn)等級(jí)。
(二)加拿大森林火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)(FWI)
以時(shí)滯—平衡含水率理論為基礎(chǔ),將氣象條件和可燃物含水率有機(jī)地聯(lián)系起來,通過天氣條件的變化計(jì)算可燃物含水率的變化,然后再根據(jù)不同大小或位置的可燃物含水率確定潛在火險(xiǎn)等級(jí)。該系統(tǒng)可以判斷在一定的天氣條件下發(fā)生森林火災(zāi)的概率有多大;發(fā)生森林火災(zāi)后,其蔓延速度有多快;發(fā)生森林火災(zāi)蔓延后控制這場(chǎng)火的難度有多大。是火行為幾個(gè)方面的一個(gè)好的指示器,是用于管理的評(píng)價(jià)一般火險(xiǎn)的最好一種方法。
二、我國(guó)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用情況
我國(guó)的林火監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作起步較晚,并且發(fā)展過程比較曲折,因而我國(guó)在防火技術(shù)的研究應(yīng)用上還是相當(dāng)落后的。目前許多地方仍以人力上山巡查、瞭望臺(tái)瞭望等監(jiān)測(cè)火險(xiǎn)情況為主,極少數(shù)地方采用航空護(hù)林的方法。只有在某些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地方,其森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較為先進(jìn)。
以蘇州森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用為例。其每日會(huì)根據(jù)森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)站提供的氣溫、濕度、方向、風(fēng)速、降雨量等來測(cè)算該日森林火險(xiǎn)等級(jí),發(fā)布火險(xiǎn)天氣的危險(xiǎn)情況。各防火部門依據(jù)該日的森林火險(xiǎn)指數(shù)布置防火措施。在森林內(nèi)設(shè)有監(jiān)控,每個(gè)攝像頭可以監(jiān)測(cè)大約5平方公里的森林,數(shù)百個(gè)攝像頭便可掌握整片森林的火災(zāi)發(fā)生情況。
該方法比其它地方的防火技術(shù)相對(duì)先進(jìn)很多,然仍有許多不足之處,監(jiān)測(cè)小面積森林可行,不能再全國(guó)大范圍內(nèi)應(yīng)用。首先該火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)耗資較大,在經(jīng)濟(jì)相對(duì)較弱的地方難以實(shí)施,且在即使經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好森林面積大的森林也難以應(yīng)用,不可能在大片森林內(nèi)布置數(shù)萬計(jì)的攝像頭。所以,我國(guó)的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)還應(yīng)有創(chuàng)新。
三、火險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測(cè)因子的選擇
火險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測(cè)因子的選擇是建立在相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過對(duì)國(guó)外森林防火系統(tǒng)思路的借鑒,并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況發(fā)現(xiàn),最高溫度、降水量、相對(duì)濕度、風(fēng)速與森林火災(zāi)的發(fā)生有著比較密切的關(guān)系。
(一)最高溫度
一日最高溫度在一定區(qū)間內(nèi)和森林火災(zāi)的發(fā)生呈正相關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,當(dāng)一日最高溫度低于﹣15°時(shí),天氣寒冷,人類的外出活動(dòng)減少,發(fā)生火災(zāi)的概率較低;當(dāng)一日最高溫度大于22°度時(shí),季節(jié)性的降水增多,草木生長(zhǎng)茂盛并且含水量大,發(fā)生火災(zāi)的概率也較低;當(dāng)最高溫度處在﹣8°~18°時(shí),火災(zāi)發(fā)生的概率較大;尤其是最高溫度處于﹣6°~16°時(shí),植被干枯且含水量小,是火災(zāi)發(fā)生的高峰期。
(二)降水量
根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn),在某一時(shí)間段降水量的多少盒該時(shí)段森林火災(zāi)發(fā)生的概率呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)一日降水量大于10mm時(shí),24小時(shí)內(nèi)樣本森林中發(fā)生火災(zāi)的概率為0%,48小時(shí)內(nèi)樣本森林中發(fā)生火災(zāi)的概率為2%;當(dāng)一日降水量處在5mm~10mm時(shí),24小時(shí)內(nèi)樣本森林中發(fā)生火災(zāi)的概率為2%,48小時(shí)內(nèi)樣本森林中發(fā)生火災(zāi)的概率為6.6%;當(dāng)一日降水量小于5mm時(shí),24小時(shí)內(nèi)樣本森林中發(fā)生火災(zāi)的概率為23%。此外,火災(zāi)的發(fā)生與冬季積雪量也有密切的關(guān)系,當(dāng)積雪深度大于3cm時(shí),基本不會(huì)發(fā)生森林火災(zāi)。
(三)最小相對(duì)濕度
相對(duì)濕度的大小與森林火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)呈負(fù)相關(guān)。根據(jù)資料研究表明,當(dāng)空氣中的相對(duì)濕度大于71%時(shí),基本沒有森林火災(zāi)發(fā)生;當(dāng)相對(duì)濕度處在66%~71%之間時(shí),樣本森林發(fā)生火災(zāi)的概率為2%;當(dāng)相對(duì)濕度在42%~59%之間時(shí),樣本森林發(fā)生火災(zāi)的概率為36%;當(dāng)最小相對(duì)濕度小于40%時(shí),樣本森林發(fā)生火災(zāi)的數(shù)量不斷增加。
(四)風(fēng)速
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),如果發(fā)生森林火災(zāi),當(dāng)日風(fēng)速大于7m/s的概率為78.3%。由此可見,風(fēng)對(duì)森林火災(zāi)的影響是比較明顯的,風(fēng)速在火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)各因子中也是是比較重要的。風(fēng)對(duì)森林火災(zāi)有助燃作用,能對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的氧氣進(jìn)行補(bǔ)充,加劇燃燒現(xiàn)象,加快火災(zāi)的蔓延速度;還能把正在燃燒的可燃物帶至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)外數(shù)公里的地方,造成新的火災(zāi);更有甚者,會(huì)在火場(chǎng)形成火旋風(fēng),嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。
四、森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
建立一種新型森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)站,由氣象要素傳感器(包括雨量、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器)、數(shù)據(jù)采集器(包括氣象要素轉(zhuǎn)換器、控制器和接口)、通訊終端(包括GPRS/CDMA或其它遠(yuǎn)距離通訊終端(如北斗))、電源(包括充電控制器、太陽(yáng)能電池板、蓄電池)、熱感器、煙感器等組成。