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。