黃寶華

(1.煙臺(tái)市不動(dòng)產(chǎn)登記中心，煙臺(tái) 264003； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)(煙臺(tái))理工學(xué)院，煙臺(tái) 264670)

0 引言

陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體——森林與草地，在全球氣候變化中發(fā)揮著重要作用?；馂?zāi)是森林與草地面臨的諸多災(zāi)害中影響最大的災(zāi)害，其燒毀森林草地，降低森林草地的更新能力，引起土壤貧瘠并破壞植被涵養(yǎng)水源的功能，導(dǎo)致環(huán)境破壞，造成大氣污染[1-2]。隨著全球變暖，未來(lái)全球發(fā)生的森林草地火災(zāi)將會(huì)增加，為此，迫切需要了解森林草地火災(zāi)發(fā)生發(fā)展規(guī)律，開(kāi)展森林草地火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為森林草地的防災(zāi)減災(zāi)提供決策支撐信息[3]。相對(duì)于森林，草地具有類(lèi)型單一、生長(zhǎng)過(guò)程區(qū)域高度均勻等特征，針對(duì)其特征應(yīng)研究適用于草地的火險(xiǎn)預(yù)報(bào)方法。草地火險(xiǎn)與草地的生長(zhǎng)季節(jié)有著顯著的關(guān)系，枯草期的草地火險(xiǎn)主要由氣象因子決定，生長(zhǎng)期(初期，發(fā)育期、中期和晚期)的草地火險(xiǎn)主要由草地的活可燃物的水分含量決定。生態(tài)系統(tǒng)中活可燃物含水量是影響火災(zāi)易燃危險(xiǎn)的關(guān)鍵因素[4-5]，活可燃物含水量和易燃性在燃燒過(guò)程中的逆相關(guān)性會(huì)導(dǎo)致熱量的損耗而影響火勢(shì)的蔓延[6-7]。在美國(guó)圣塔莫尼卡山脈[8](加利福尼亞州)和西班牙[9]大火中已證實(shí)活可燃物含水量對(duì)火勢(shì)的影響，活可燃物含水量是可燃物易燃空間連通性的重要內(nèi)容，也是火災(zāi)發(fā)生概率的主要影響因子[10]。

傳統(tǒng)利用GIS方法對(duì)氣象站點(diǎn)點(diǎn)位數(shù)據(jù)插值生成火險(xiǎn)因子數(shù)據(jù)，其精度會(huì)隨距氣象站點(diǎn)距離的增加而降低[11]，不能反映大范圍實(shí)際環(huán)境條件，且費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng)。利用遙感方法來(lái)估算活可燃物含水量克服了上述缺點(diǎn)，但現(xiàn)有的遙感活可燃物含水量估算主要利用植被指數(shù)，估算精度低。由于活可燃物含水量與蒸騰作用的潛熱和顯熱通量有著密切關(guān)系，本文利用其關(guān)系構(gòu)建了基于生物物理特性與能量交換原則的可燃物干燥指數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)草地植被生長(zhǎng)季節(jié)的火險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型[12]。利用遙感和氣象數(shù)據(jù)獲取可燃物干燥指數(shù)所需參數(shù)，大大提高了火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)速度、范圍和精度。

1 可燃物干燥指數(shù)構(gòu)建

1.1 能量平衡方程

依據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律，地表接收的能量以不同方式轉(zhuǎn)換為其他運(yùn)動(dòng)形式，使能量保持平衡，這一交換過(guò)程可用地表能量平衡方程來(lái)表示，即[13]

Rn=G+H+λE，

(1)

式中：Rn為地表太陽(yáng)凈輻射通量；H為下墊面到大氣的顯熱通量(又稱(chēng)感熱通量)，即下墊面與大氣間湍流形式的熱交換；λE為從下墊面到大氣的潛熱通量，即下墊面與大氣之間水汽的熱交換，其中λ為水汽的汽化潛熱，E為蒸散量；G為土壤熱通量，即下墊面土壤中的熱交換，上述所有通量單位為W·m-2。

1.2 理論基礎(chǔ)

根據(jù)能量平衡原理，葉片與空氣溫差的變化取決于太陽(yáng)凈輻射的強(qiáng)弱和作物蒸騰量的大小。研究植物的蒸騰特性與抗旱性之間的關(guān)系表明，當(dāng)植物獲得充分的水分供應(yīng)時(shí)，葉片溫度因蒸騰而下降，溫度下降并低于其在蒸騰抑制時(shí)所能達(dá)到的溫度。植被水分充足時(shí)，有足夠多的水分用于蒸發(fā)，此時(shí)的顯熱通量非常??； 在干旱脅迫條件下，植物能夠通過(guò)氣孔的開(kāi)閉來(lái)調(diào)節(jié)植物蒸騰耗水量的大小，而旱生植物在水分充足時(shí)同樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的蒸騰作用，當(dāng)植物處于水分虧缺狀態(tài)時(shí)，為了防止細(xì)胞失水，氣孔部分關(guān)閉，氣孔阻力加大，使得蒸騰作用潛熱減少，顯熱增加，葉片溫度相應(yīng)上升[14]。據(jù)此，利用顯熱和潛熱通量構(gòu)建可燃物干燥指數(shù)Fd，其中有效能量A(凈輻射通量Rn和土壤熱通量G之差)劃分為顯熱和潛熱交換(H+λE)。Rn和G方向向下，顯熱和潛熱通量方向向上，EF反映了可燃物表面濕度情況，公式為

(2)

(3)

當(dāng)EF>1時(shí)，可燃物水分充足，實(shí)際中設(shè)置EF上限為1(需要注意的是，當(dāng)EF>1時(shí)，H<0的情況在平均超過(guò)24 h很少發(fā)生)。從EF≈1變化到EF≈0表示植被表面從濕潤(rùn)到干燥的變化情況。因此，利用EF得到可燃物干燥指數(shù)Fd。Fd提供了可燃物的表面干燥情況，F(xiàn)d在0附近時(shí)，植被含水量高，潛在火險(xiǎn)低； 當(dāng)上升到1時(shí)，植被含水量降低，火災(zāi)發(fā)生機(jī)會(huì)增加。

1.3 遙感潛熱/顯熱通量計(jì)算方法

凈輻射通量Rn[15]為

Rn=Qin(1-α)+(Sin-Sout)-(1-ε)Sin，

(4)

(5)

(6)

ε=1.009+0.047ln(NDVI)，

(7)

Qin=Gsc×cosθ×dt×tsw，

(8)

tsw=0.75+2×10-5h，

(9)

(10)

θ=arccos(sinφsinδ+cosφcost)，

(11)

(12)

(13)

式中：α為地表反照率；Sin為太陽(yáng)入射的長(zhǎng)波輻射，W·m-2；Sout為地表發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，W·m-2； S為斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)，即5.67×10-8W·m-2·K-4；Ta為空氣溫度；To為地表溫度；ε為地表比輻射率，又稱(chēng)發(fā)射率，是一個(gè)無(wú)量綱量，在[0，1]之間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)?shù)乇淼臍w一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)在0.157～0.727之間時(shí)，ε可以通過(guò)NDVI近似求取，限定當(dāng)0

顯熱通量H[18]為

(14)

(15)

(16)

zh=8z0，

(17)

(18)

由Allen等[19]提出計(jì)算土壤熱通量G的方法，其表達(dá)式為

G/Rn=0.4e-0.5LAI。

(19)

從而利用Rn，H和G根據(jù)式(1)計(jì)算潛熱通量。

2 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

2.1 山東省草地概況

山東省草地面積約占全省土地總面積的10%(圖1)，其結(jié)構(gòu)特征為中覆蓋草地面積大，而高覆蓋草地和低覆蓋草地面積小。中覆蓋草地面積占全省草地總面積的54.3%，高覆蓋與低覆蓋草地面積之和占全省草地總面積的46.7%。草地面積總體呈減少趨勢(shì)，其中火災(zāi)是一個(gè)主要原因。山東省草地分布比較集中，在全省17個(gè)城市中，草地面積較大的城市分別為煙臺(tái)、臨沂、青島和東營(yíng)，分別占全省草地面積的25.19%，18.39%，7.55%和7.25%； 其余各城市草地面積相對(duì)較小[22]。山東省大面積天然草地自春季地溫回升后，一般保持在0℃以上即開(kāi)始萌發(fā)返青。隨著氣溫逐漸升高，草地凈第一性生產(chǎn)量亦隨之增加，至8月份達(dá)到了最高產(chǎn)量，也是植株?duì)I養(yǎng)成分最豐富的時(shí)期。待秋季來(lái)臨，隨著氣溫下降，至11月上旬植株開(kāi)始枯黃，草地的地上部分便成為立枯凋落的可燃物。

圖1 2010年山東省植被類(lèi)型分布

2.2 數(shù)據(jù)源

1)MODIS 產(chǎn)品： 使用6種MODIS產(chǎn)品，分別為MOD11C1(每日地表溫度)、MOD13A1(16 d歸一化植被指數(shù)NDVI，空間分辨率為500 m)、MOD14A1(每日熱異常，火災(zāi)和生物量燃燒，空間分辨率為1 km)、MOD15A2(8 d葉面積指數(shù)LAI)、MOD43B3(16 d表面反射Albedo，空間分辨率為1 km)，時(shí)間范圍為2010年全年的包括31個(gè)火點(diǎn)和均勻分布的14期數(shù)據(jù)(DOY 93，113，127，140，157，171，187，207，230，241，255，271，288，301)。原始MODIS 產(chǎn)品存儲(chǔ)采用分級(jí)數(shù)據(jù)格式、正弦曲線投影，因此對(duì)其進(jìn)行了投影變換、鑲嵌、掩模(提取子區(qū))和值域變換等預(yù)處理。

2)DEM數(shù)據(jù)： SRTM(shuttle Radar topography mission)數(shù)據(jù)主要是由美國(guó)國(guó)家航空航天局和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局聯(lián)合測(cè)量的，空間分辨率為30 m。

3)氣象數(shù)據(jù)： 所用的風(fēng)速、溫度等氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集。利用GIS的插值權(quán)法對(duì)山東省分布著的20個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣象站點(diǎn)的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得到覆蓋山東省的柵格氣象數(shù)據(jù)。

4)土地利用數(shù)據(jù)： 利用旱區(qū)寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心的基于多源數(shù)據(jù)融合方法得到的中國(guó)1 km空間分辨率的土地覆蓋圖[23]，利用土地利用類(lèi)型中的草地?cái)?shù)據(jù)提取MOD14A1火點(diǎn)。

由DEM計(jì)算得到tsw，由θ,dt和tsw計(jì)算得Qin； 由氣象站點(diǎn)插值得到的Ta，再與tsw計(jì)算得到太陽(yáng)入射的Sin； 由MOD13A1計(jì)算得到ε，MOD11C1得到To，再由ε和To計(jì)算得到Sout； 由MOD43B3得到α，再由式(4)計(jì)算得到Rn。由MOD13A1得到作物高度zh，由MOD15A2的LAI計(jì)算得到D，利用MODIS紅外資料反演Ts，再由式(14)計(jì)算得到H。從而由能量平衡方程計(jì)算得到λE，由H和λE構(gòu)建可燃物干燥指數(shù)。利用土地利用數(shù)據(jù)提取草地，分析可燃物干燥指數(shù)在草地火險(xiǎn)中的應(yīng)用。

3 結(jié)果與分析

3.1 Fd獨(dú)立樣本檢驗(yàn)、火險(xiǎn)等級(jí)劃分及模型驗(yàn)證

3.1.1 獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

對(duì)31個(gè)火點(diǎn)與隨機(jī)選取的62個(gè)非火點(diǎn)的Fd值進(jìn)行T檢驗(yàn)，目的是利用來(lái)自2個(gè)總體的獨(dú)立樣本，推斷2個(gè)總體的均值是否存在顯著差異。表1為火點(diǎn)與非火點(diǎn)處Fd值的均值檢驗(yàn)結(jié)果。

表1 火點(diǎn)/非火點(diǎn)Fd分組統(tǒng)計(jì)量

分析結(jié)論通過(guò)2步完成： ①2個(gè)總體方差是否相等條件下的Levene檢驗(yàn)，該檢驗(yàn)的F統(tǒng)計(jì)量觀測(cè)值為30.948，對(duì)應(yīng)的概率P值為0.000，顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于0.05，所以2個(gè)總量的方差有顯著差異； ②2個(gè)總體均值的檢驗(yàn)，由于2個(gè)總體方差有顯著差異，因此應(yīng)分析表2中第2行假設(shè)方差不相等時(shí)T檢驗(yàn)的結(jié)果。其中T統(tǒng)計(jì)量觀測(cè)值為12.228，對(duì)應(yīng)的雙尾開(kāi)率P值為0.000，顯著性水平α為0.05，由于概率值小于0.05，所以2個(gè)總體的均值有顯著性差異，即火點(diǎn)與非火點(diǎn)處的Fd平均值存在顯著差異。表2中的均值差值和標(biāo)準(zhǔn)誤差值分別為T(mén)統(tǒng)計(jì)量的分子和分母； 最后2列分別為2個(gè)總體差的95%置信區(qū)間的上限和下限。

表2 火點(diǎn)/非火點(diǎn)Fd獨(dú)立樣本的檢驗(yàn)結(jié)果

3.1.2Fd與美國(guó)潛在火險(xiǎn)指數(shù)對(duì)比

為了驗(yàn)證Fd的使用效果，將其與美國(guó)潛在火險(xiǎn)指數(shù)(fire potential index, FPI)對(duì)比研究。FPI模型在不考慮火源的情況下估測(cè)植被的點(diǎn)燃系數(shù)，模型假設(shè)： ①如果活、死植被的濕度被合理提出，就能預(yù)測(cè)林火發(fā)生的可能性； ②植被的綠度為活植被的濕度提供有用的參照； ③細(xì)小死可燃物濕度對(duì)火傳播至關(guān)重要，所以利用10 h時(shí)滯可燃物濕度來(lái)代表細(xì)小死植被濕度； ④因?yàn)轱L(fēng)是短暫即逝的，所以可以不考慮風(fēng)的因素，F(xiàn)PI模型定義為

FPI=100(1-FMC10HRFRAC)(1-VC) ，

意象美術(shù)作品則不拘泥于客觀物象的真實(shí)再現(xiàn)，美術(shù)家的主觀認(rèn)識(shí)和情感滲透所占的比重要多一些。中國(guó)畫(huà)里的寫(xiě)意畫(huà)以簡(jiǎn)練概括的筆墨表現(xiàn)物象的意態(tài)神韻與畫(huà)家的個(gè)性情感，是典型的意象美術(shù)。

(20)

式中：FMC10HRFRAC為10 h時(shí)滯死可燃物濕度和水分消失量比；VC為植被覆蓋度。

將FPI與Fd指數(shù)模型應(yīng)用于山東省2010年4月8日火災(zāi)分析，結(jié)果顯示兩者沒(méi)有明顯的相關(guān)性(R2=0.001 2)(圖2(a))。這是因?yàn)?個(gè)模型的構(gòu)建及輸入數(shù)據(jù)不同，F(xiàn)PI指數(shù)中忽略了風(fēng)速影響，風(fēng)是火災(zāi)發(fā)生和蔓延的主要因素之一，風(fēng)不僅能加快可燃物水分蒸發(fā)，加速干燥而使可燃物易燃，而且同時(shí)不斷補(bǔ)充新的氧氣，增加助燃條件，加速燃燒過(guò)程。Fd指數(shù)在能量平衡方程與生物物理基礎(chǔ)上構(gòu)建，具有明確的物理意義，且風(fēng)參加了顯熱計(jì)算。在4月8日著火點(diǎn)前6 d的Fd與FPI指數(shù)變化情況上可以看出，火災(zāi)前6 d的FPI指數(shù)整體呈現(xiàn)較為穩(wěn)定高值狀態(tài)，其中前一天的FPI值呈現(xiàn)一個(gè)微小的增長(zhǎng)，指示效果不明顯；Fd指數(shù)則變化較大，在火災(zāi)前3 d呈現(xiàn)一個(gè)變幅較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)，火災(zāi)前一天達(dá)到最大值(圖2(b))。這說(shuō)明火災(zāi)前3 d的Fd值對(duì)火災(zāi)發(fā)生起到良好的指示作用，F(xiàn)d指數(shù)通過(guò)植被物理性質(zhì)來(lái)預(yù)測(cè)植被干燥程度。

(a) 火災(zāi)Fd和FPI相關(guān)性分析 (b) 火災(zāi)發(fā)生前6 d的Fd和FPI指數(shù)變化

3.1.3 火險(xiǎn)等級(jí)劃分和模型驗(yàn)證

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)主要是確認(rèn)變量的潛在貢獻(xiàn)，并將其集成為一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式，即一個(gè)指數(shù)中，通過(guò)量化指數(shù)來(lái)表示風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，反映了火災(zāi)發(fā)生的可能性與蔓延的風(fēng)險(xiǎn)性。利用等間距分類(lèi)法將山東省Fd進(jìn)行分類(lèi)，將火災(zāi)危險(xiǎn)程度共分為5類(lèi)，按照森林火險(xiǎn)措施來(lái)對(duì)草地進(jìn)行火險(xiǎn)等級(jí)劃分，如表3所示。

表3 基于可燃物干燥火險(xiǎn)指數(shù)Fd的草地火險(xiǎn)等級(jí)劃分

圖3(a)表示山東省2010年全年31個(gè)火點(diǎn)數(shù)量隨時(shí)間分布情況，該區(qū)火點(diǎn)主要集中在3—4月間，這與山東省的防火期基本一致。由于9月中旬以來(lái)的持續(xù)干旱，導(dǎo)致了9—10月的火點(diǎn)增多。通過(guò)火點(diǎn)處的Fd值統(tǒng)計(jì)信息可以看出火點(diǎn)落在火險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)的有4個(gè)，占全部火點(diǎn)的12.9%； Ⅲ級(jí)的有9個(gè)，占全部火點(diǎn)的29.0%； Ⅳ級(jí)的有10個(gè)，占全部火點(diǎn)的32.3% ； Ⅴ級(jí)的有8個(gè)，占全部火點(diǎn)的25.8%(圖3(b))，該統(tǒng)計(jì)情況證實(shí)了可燃物干燥指數(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

(a) 火點(diǎn)隨時(shí)間分布 (b) 火險(xiǎn)等級(jí)與火點(diǎn)頻率關(guān)系

3.2 Fd與草地生長(zhǎng)季節(jié)關(guān)系分析

3.2.1 基于LAI/NDVI的草地生長(zhǎng)階段劃分

(a) 日最低溫度 (b) 植被覆蓋度

(c) 草地高度 (d) LAI

本文中優(yōu)勢(shì)牧草、稀疏牧草以LAI開(kāi)始減小作為生長(zhǎng)中期結(jié)束，喬木、灌木取參考值。山東省2010年牧草生長(zhǎng)中期為6月初—8月上旬(圖4(d))。生長(zhǎng)晚期從開(kāi)始成熟一直持續(xù)到完全衰老為止，據(jù)此判斷山東省2010年牧草生長(zhǎng)晚期為8月上旬—11月初(圖4(d))。

3.2.2 植被生長(zhǎng)階段與Fd關(guān)系

2010年草地生長(zhǎng)季節(jié)的14期的H，λE和Fd與DOY的關(guān)系分別如圖5所示。通過(guò)圖5可以看出，F(xiàn)d與草地植被生長(zhǎng)季節(jié)有著緊密的關(guān)系，通過(guò)H與λE曲線發(fā)現(xiàn)H與λE隨草地植被的生長(zhǎng)過(guò)程呈現(xiàn)較為明顯變化特征。草地生長(zhǎng)初期和發(fā)育期2個(gè)時(shí)期，H>λE，且生長(zhǎng)初期的H與λE變化程度大于發(fā)育期的變化程度，F(xiàn)d呈現(xiàn)一個(gè)先升后降的高火險(xiǎn)狀態(tài)。其中A的位置由于該時(shí)期的干燥導(dǎo)致呈現(xiàn)一個(gè)突變，該位置的突變說(shuō)明了Fd在植被生長(zhǎng)期的火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)作用。生長(zhǎng)中期由于植被含水量的增加，因此H<λE，且隨生長(zhǎng)過(guò)程變化程度呈現(xiàn)先增后減，F(xiàn)d表現(xiàn)為一個(gè)低火險(xiǎn)狀態(tài)。晚期由于植被含水量開(kāi)始減少，因此晚期開(kāi)始階段H<λE，后期H>λE，F(xiàn)d呈現(xiàn)增長(zhǎng)狀態(tài)，并在晚期的中后段達(dá)到高火險(xiǎn)狀態(tài)。

(a) λE, H與DOY關(guān)系 (b) 可燃物干燥指數(shù)曲線

2010年DOY 25，140，241和301的Fd值分布如圖6所示?？梢钥闯鰣D6(a)時(shí)期山東全省Fd值較高，主要是因?yàn)樵摃r(shí)期草地剛開(kāi)始生長(zhǎng)，植被水分含量少，且植被覆蓋度小。其中高Fd值區(qū)域西部地區(qū)要大于東部地區(qū)，主要原因是該時(shí)期西部溫度高于東部地區(qū)； 圖6(b)時(shí)期隨植被生長(zhǎng)進(jìn)入發(fā)育期，含水量的增加，雖然部分地區(qū)Fd值仍然較高，但覆蓋面積減少明顯，且主要集中于膠東半島和泰安附近，主要是因?yàn)檫@2個(gè)區(qū)域的風(fēng)速較高，導(dǎo)致可燃物易于失水； 圖6(c)時(shí)期全省呈現(xiàn)低火險(xiǎn)值，因?yàn)橄募倦m然氣溫高，但是空氣相對(duì)濕度大、風(fēng)速低、降水量大，是草地營(yíng)養(yǎng)成分、水量最豐富的時(shí)期，不易燃燒，并有阻火作用，但如遇強(qiáng)火被加熱干燥后也能燃燒?？扇嘉餄穸却笾苯佑绊懼鸬碾y易程度，如引燃概率、引燃時(shí)間等。且夏季草地郁閉度高，直接關(guān)系到下面可燃物的水分和小氣候的變化。一般情況下郁閉度越高，射入草內(nèi)的輻射能量越弱，因而草內(nèi)的溫度就越低，造成蒸發(fā)弱，溫度低，物質(zhì)不易燃燒。因此夏季Fd值降低，火險(xiǎn)危害性減??； 圖6(d)時(shí)期全省Fd值均較高，因?yàn)樽?月開(kāi)始，山東全省持續(xù)特大干旱，旱情發(fā)展總體上呈現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、秋冬春3季連旱、干旱范圍廣和影響面不斷擴(kuò)大的特點(diǎn)，從魯南到魯北、從半島到內(nèi)陸、從山區(qū)到平原，全省草地均同時(shí)遭遇到了氣象干旱。濱海草地主要分布在黃河三角洲地區(qū)的東營(yíng)市和濱州市，2市草地受旱面積已達(dá)30多萬(wàn)hm2，占2市草地總面積的80%以上； 沿黃河下游流域和南四湖區(qū)域周邊的草地，特別是菏澤、濟(jì)寧2市草地牧草生長(zhǎng)已受到嚴(yán)重影響，牧草分蘗數(shù)減少，地上植株干燥程度提高； 低山丘陵地區(qū)的草地，主要分布在棗莊、泰安、萊蕪、臨沂和日照等市，這些城市由于干旱導(dǎo)致牧草春后萌發(fā)明顯延遲，新生芽生長(zhǎng)也受到不同程度的抑制。地表干枯可燃物由于蒸騰作用，使葉叢脫水，導(dǎo)致顯熱通量大于潛熱通量，F(xiàn)d值升高。

(a) DOY 25(b) DOY 140

(c) DOY 241(d) DOY 301

4 結(jié)論

蒸騰作用是影響植被水分虧缺的主要因素，它通過(guò)顯熱和潛熱變化表現(xiàn)出來(lái)，因此由兩者構(gòu)建的可燃物干燥指數(shù)(Fd)具有明確的生物物理特征。本研究基于能量平衡原理結(jié)合遙感(MODIS產(chǎn)品數(shù)據(jù))與氣象(溫度、風(fēng)速)數(shù)據(jù)反演出潛熱和顯熱通量，有效提高了參數(shù)的估算精度。主要結(jié)論如下：

1)通過(guò)對(duì)2010年山東省31個(gè)火點(diǎn)與隨機(jī)選取的62個(gè)非火點(diǎn)的Fd進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，概率值小于0.05，表明2個(gè)總體的方差和均值都存在顯著性差異。

2)將Fd與美國(guó)潛在火險(xiǎn)模型(FPI)用于2010年4月8日的火險(xiǎn)預(yù)警研究，結(jié)果表明火災(zāi)前Fd指數(shù)變化明顯，且前3 d的Fd值具有較好的指示作用，而FPI指數(shù)變化不明顯，F(xiàn)d較FPI能夠更好地指示火險(xiǎn)，可以作為草地火險(xiǎn)預(yù)報(bào)的有效工具。

3)2010年山東省31個(gè)火點(diǎn)數(shù)據(jù)的Fd值采用等間距分類(lèi)法在Ⅲ級(jí)以上的占87.1%，Ⅰ級(jí)為0，火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警高的區(qū)域吻合較好，說(shuō)明了Fd指數(shù)的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)均勻分布于2010年草地生長(zhǎng)季節(jié)的14期的H與λE關(guān)系圖和利用H與λE計(jì)算的可燃物干燥指數(shù)(Fd)曲線圖可以看出Fd與草地植被生長(zhǎng)季節(jié)有著緊密的關(guān)系，隨植被生長(zhǎng)期(初期、發(fā)育期、中期和晚期)呈現(xiàn)不同的變化，初期和發(fā)育期的Fd值較高，但呈下降趨勢(shì)； 中期Fd值低； 晚期Fd值高，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

基于生物物理和能量平衡原理基礎(chǔ)上的可燃物干燥指數(shù)，具有明確的生物、物理意義，方便發(fā)展和集成以后多種不同的火險(xiǎn)模型?？扇嘉锔稍镏笖?shù)可以脫離地域限制，適合于全球草地火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，如通過(guò)LiDAR數(shù)據(jù)獲取樹(shù)高數(shù)據(jù)，基于該指數(shù)可用于森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)?；馂?zāi)的發(fā)生和發(fā)展是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及到許多影響因素，因此火險(xiǎn)是一個(gè)綜合因素共同影響的結(jié)果。但是，本文只是從植被狀態(tài)方面進(jìn)行考慮，下一步應(yīng)將影響火災(zāi)發(fā)展的天氣、地形和人類(lèi)因素考慮進(jìn)來(lái)，增強(qiáng)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)精度。