張恒 張?chǎng)?趙鵬武 周梅 殷繼艷

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特，010019) (中國(guó)消防救援學(xué)院)

雷電是引發(fā)森林草原火災(zāi)的重要自然原因之一[1]，雷暴天氣在世界各地的高頻發(fā)率也成為雷擊火的主要原因。森林草原火災(zāi)主要分為人為火和天然火兩種類型，而雷擊火則是天然火的重要組成部分，每年世界各地都會(huì)發(fā)生由雷擊引起的森林草原火災(zāi)。在20世紀(jì)70年代，Barden[2]分析了雷擊火發(fā)生的機(jī)理，Komarek[3]對(duì)地球表面雷電風(fēng)暴進(jìn)行了空間分布研究，美國(guó)、加拿大、俄羅斯和澳大利亞等國(guó)是雷擊火引起森林火災(zāi)最多的國(guó)家。在這些國(guó)家由雷擊引起的森林火災(zāi)占引發(fā)森林火災(zāi)總火源的7%～10%[4]。我國(guó)的雷擊火也較為嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，內(nèi)蒙古自治區(qū)近40a發(fā)生的森林草原雷擊火占森林草原火災(zāi)總數(shù)的1/3以上，其中主要分布于大興安嶺林區(qū)[5-7]。趙俊卉等[8]、烏秋力等[9]、于成龍等[10]通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)閃電分布和雷擊火分布數(shù)據(jù)分析得出大興安嶺雷擊火并不受雷電直接影響。降雨、雷擊次數(shù)和雷電流強(qiáng)度才是影響雷火發(fā)生的主要因素，植被類型和地理變量是次要因素[11]。孫瑜等[12]應(yīng)用MAXENT模型，對(duì)各環(huán)境變量進(jìn)行共線性診斷，再利用累積正則化增益法和Jackknife方法評(píng)價(jià)了環(huán)境變量的重要性，使雷擊火火險(xiǎn)的預(yù)測(cè)精度達(dá)到中等。

通過(guò)整理統(tǒng)計(jì)1981—2018年內(nèi)蒙古森林草原雷擊火歷史數(shù)據(jù)，分別從年份、季節(jié)、節(jié)氣、月份、日期以及時(shí)刻等多個(gè)不同時(shí)間尺度在火災(zāi)起數(shù)和過(guò)火面積等方面探討規(guī)律；并從地域、海拔和等級(jí)等方面分析雷擊火特點(diǎn)，為內(nèi)蒙古森林草原雷擊火的防控部署和撲救指揮提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處中國(guó)北部邊疆，東經(jīng)97°～126°，北緯37°～53°，東西距離2 400 km，南北跨度1 700 km。全區(qū)基本上是一個(gè)高原型的地區(qū)，大部分地區(qū)海拔1 000 m以上[13]。以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?。全年降水量?50～450 mm，主要集中在6—8月[14]，內(nèi)蒙古東部山地森林以次生林和人工林為主，主要有樟子松(Pinussylvestris)、興安落葉松(Larixgmelini)、蒙古櫟(Quercusmongolica)等。植被類型從東北—西南一線依次為森林、草原和荒漠[15]。草原上生長(zhǎng)著100多種飼用價(jià)值高的植物群，主要有羊茅(FestucaovinaL.)、無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)等豆科和禾本科牧草。

2 研究方法

對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)1981—2018年的森林草原雷擊火災(zāi)的起滅時(shí)間、過(guò)火面積、地理位置以及火災(zāi)起數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用Microsoft Office Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到38 a間不同時(shí)間維度的具體數(shù)據(jù)，使用Origin2017進(jìn)行制圖，研究不同時(shí)間條件下森林草原雷擊火發(fā)生規(guī)律的顯著差異，根據(jù)經(jīng)緯度地理信息，利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS10.2對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)行政區(qū)劃圖進(jìn)行處理，建立森林草原雷擊火火點(diǎn)點(diǎn)狀圖層(圖略)，分析雷擊火的地區(qū)、海拔等的分布規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 雷擊火發(fā)生的時(shí)間特點(diǎn)

3.1.1 年變化規(guī)律

根據(jù)1981—2018年內(nèi)蒙古森林草原雷擊火起數(shù)和火災(zāi)面積的統(tǒng)計(jì)，共發(fā)生森林雷擊火406起，過(guò)火面積125 037 hm2，草原雷擊火41起，過(guò)火面積450 378 hm2(表1)。在2010年森林雷擊火發(fā)生起數(shù)最多，有74起，2016年過(guò)火面積最大，有53 791 hm2；草原火在1992年發(fā)生5起，1981年過(guò)火面積最大，達(dá)到了240 500 hm2。38年間草原雷擊火發(fā)生次數(shù)十分平穩(wěn)，但森林雷擊火在2000年之后開(kāi)始增多，分別在2002、2004、2007、2010年達(dá)到峰值，次數(shù)分別為43、42、45次，在2010年達(dá)到最高值74次。雖然在2014年左右有所下降，但在近幾年有呈上升趨勢(shì)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)防范。

從過(guò)火面積來(lái)看，森林雷擊火過(guò)火面積在2000年后相對(duì)之前較大，變化趨勢(shì)明顯。過(guò)火面積達(dá)124 596 hm2，占38年森林總過(guò)火面積的99%。草原雷擊火雖然發(fā)生次數(shù)較少，過(guò)火面積反而較大，1981年出發(fā)生了3次雷擊火總過(guò)火面積就達(dá)到240 500 hm2的大面積火災(zāi)，之后又在1992、2000年分別達(dá)到2個(gè)小峰值83 675、47 900 hm2。總體來(lái)看草原雷擊火的過(guò)火面積，平均每年達(dá)11 852 hm2，每次達(dá)10 984 hm2。

表1 1981—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

3.1.2 不同季節(jié)與月份下雷擊火變化規(guī)律

內(nèi)蒙古森林草原雷擊火在季節(jié)性變化上主要集中在春夏兩季(春季3—5月、夏季6—8月，表2)。其中森林雷擊火春季發(fā)生88次，占全年的21.78%，過(guò)火面積59 207 hm2，占全年的47.35%；夏季發(fā)生火災(zāi)次數(shù)298次，占全年的73.76%，過(guò)火面積達(dá)到55 764 hm2，占全年的44.60%。草原雷擊火更以春季為主，具有明顯差距。春季發(fā)生雷擊火20次，過(guò)火面積高達(dá)386 179 hm2，占全年的85.75%。平均每次雷擊火過(guò)火面積19 309 hm2，給草原資源和生態(tài)系統(tǒng)造成了極大損失。雷擊火在春夏兩季高頻率發(fā)生的主要原因是由于氣候因素和可燃物因素導(dǎo)致，內(nèi)蒙古地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)性氣候，一年四季普遍降雨較少，尤其是春季，降水少大風(fēng)天氣多，可燃物含水率較低，雷暴天氣又尤為顯著；而夏季雖然降水量相對(duì)增加，但也是雷暴天氣高發(fā)期，這就導(dǎo)致春夏兩季雷擊火顯著增高。而隨著秋冬兩季來(lái)臨，氣溫下降，雷擊天氣越來(lái)越少，發(fā)生雷擊火概率也會(huì)明顯降低。

表2 1981—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同季節(jié)森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

在月份變化上，森林雷擊火集中于5、6、7、8月(表3)，4個(gè)月中共發(fā)生雷擊火385次，占全年總次數(shù)95.30%，過(guò)火面積114 956 hm2，占全年總過(guò)火面積91.94%。草原雷擊火在4、5、6月出現(xiàn)明顯的高峰，發(fā)生雷擊火33次，占全年總次數(shù)的80.49%，過(guò)火面積435 284 hm2，占全年總過(guò)火面積的96.65%。4—8月是內(nèi)蒙古雷暴天氣高發(fā)期，80%～90%的雷擊火都發(fā)生于這種天氣系統(tǒng)下[16]。

3.1.3 不同節(jié)氣變化規(guī)律

雷擊火主要受氣象因素影響，研究不同溫度時(shí)期以及不同物候時(shí)期的雷擊火動(dòng)態(tài)變化具有相對(duì)重要的意義。節(jié)氣方面森林雷擊火在芒種時(shí)發(fā)生火災(zāi)最多，達(dá)到83次，占總起數(shù)20.34%(表4)。其中一般、較大、重大、特大火災(zāi)過(guò)火面積所占比例較高。小滿期間過(guò)火面積出現(xiàn)峰值，達(dá)到57 292 hm2，占總過(guò)火面積的45.96%。這是由于在春夏兩季相交時(shí)降水相對(duì)較少，溫度上升氣候干燥，雷暴天氣增多，極易發(fā)生雷擊火。草原雷擊火主要分布于2個(gè)時(shí)間段內(nèi)，高峰集中于清明、谷雨、立夏、小滿、芒種5個(gè)物候期內(nèi)，發(fā)生雷擊火次數(shù)雖然相對(duì)森林雷擊火較少，但過(guò)火面積達(dá)到435 284 hm2，值得引起重視。尤其在芒種期內(nèi)，無(wú)論是火災(zāi)次數(shù)還是過(guò)火面積都出現(xiàn)最高值，分別占全年總數(shù)的42.50%、67.89%。草原雷擊火在秋分、寒露期內(nèi)還出現(xiàn)一個(gè)小波動(dòng)，這是在秋冬相交之間也是火災(zāi)高發(fā)期，氣候干燥，出現(xiàn)小波動(dòng)雷擊火，在此期間內(nèi)也應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)措施。

3.1.4 日期變化特點(diǎn)

日期變化中森林雷擊火在6、27日發(fā)生火災(zāi)起數(shù)最多，接下來(lái)是在4、22、23日，其余基本在20次以下(表5)。過(guò)火面積方面在16、24日出現(xiàn)兩個(gè)小高峰，分別達(dá)到18 666、36 430 hm2。草原雷擊火在9、15、22日出現(xiàn)峰值，過(guò)火面積在15、22日出現(xiàn)兩個(gè)小波動(dòng)，在30日達(dá)到峰值255 000 hm2。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要與內(nèi)蒙古氣候特征有關(guān)。

表3 1981—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同月份森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

表4 1981—2018內(nèi)蒙古自治區(qū)不同節(jié)氣森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

續(xù)(表4)

表5 1981—2018內(nèi)蒙古自治區(qū)不同日期森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

3.1.5 每日時(shí)刻變化規(guī)律

每日時(shí)刻變化方面，森林雷擊火中除01:00這個(gè)時(shí)段出現(xiàn)最高峰外，火災(zāi)起數(shù)呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，從02:00—09:00無(wú)明顯變化，在10:00后開(kāi)始上升，15:00達(dá)到最高值48次，之后又平穩(wěn)降低(表6)。過(guò)火面積呈現(xiàn)整體平穩(wěn)，單點(diǎn)出現(xiàn)峰值的情況，平均每次森林火災(zāi)受災(zāi)面積310 hm2，且未與火災(zāi)起數(shù)呈正比關(guān)系，這說(shuō)明雷擊火的大小是不確定性的，防撲火人員需要對(duì)每一起火災(zāi)給予足夠重視。

表6 1981—2018內(nèi)蒙古自治區(qū)不同時(shí)刻森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

草原方面，火災(zāi)起數(shù)在14:00—18:00相對(duì)較多，過(guò)火面積在13:00、21:00出現(xiàn)兩個(gè)小高峰。整體來(lái)看，草原雷擊火共發(fā)生38次，但單次過(guò)火面積平均11 852 hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于森林單次受災(zāi)面積，火強(qiáng)度極大，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)草原雷擊火的防火巡查，提高防火警惕。森林草原雷擊火主要集中于00:00、15:00左右，是因?yàn)樵?0:00時(shí)人們已經(jīng)進(jìn)入深度睡眠，防火警惕性差；在下午時(shí)段，隨著一天中溫度升高，可燃物含水率降低，又因?yàn)閮?nèi)蒙古地區(qū)常伴有大風(fēng)天氣助長(zhǎng)火勢(shì)，導(dǎo)致在此時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)高峰。

3.2 雷擊火發(fā)生空間規(guī)律

3.2.1 地區(qū)變化規(guī)律

內(nèi)蒙古森林草原雷擊火的空間分布規(guī)律。森林雷擊火主要集中于內(nèi)蒙古東部地區(qū)，以呼倫貝爾為主，其中呼倫貝爾發(fā)生的383次雷擊火全部是在大興安嶺林區(qū)，過(guò)火面積達(dá)122 455 hm2。草原雷擊火主要分布在錫林郭勒大草原和呼倫貝爾大草原，其中錫林郭勒草原發(fā)生雷擊火29次，占全自治區(qū)的70.73%，過(guò)火面積412 388 hm2，占全自治區(qū)91.57%。兩大草原作為內(nèi)蒙古著名草原，面積廣、可燃物蓄積量大，極易發(fā)生大面積火災(zāi)。

3.2.2 不同等級(jí)下雷擊火變化規(guī)律

不同等級(jí)火災(zāi)規(guī)律研究部分，依據(jù)森林及草原防火條例分為一般火災(zāi)、較大火災(zāi)、重大火災(zāi)、特大火災(zāi)4個(gè)部分(表7)。森林雷擊火方面較大火災(zāi)發(fā)生頻率最高，占總數(shù)的65.59%，但更應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)重大、特大火災(zāi)的防控，兩者過(guò)火面積達(dá)109 475 hm2，占總過(guò)火面積的87.55%。草原雷擊火中一般和重大火災(zāi)發(fā)生頻率較高，分別占總數(shù)的39.02%、36.59%，火災(zāi)面積與火災(zāi)次數(shù)也無(wú)明顯關(guān)系，在重大、特大火災(zāi)中過(guò)火面積大，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)警和撲救。

表7 1981—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同等級(jí)森林草原雷擊火成災(zāi)起數(shù)及過(guò)火面積

4 結(jié)論與討論

雷擊火的時(shí)空分布特征主要受氣象條件、地形、海拔等因素影響，具有時(shí)空動(dòng)態(tài)分布特征。根據(jù)年變化規(guī)律，森林雷擊火在2000年之后有明顯的上升趨勢(shì)，火災(zāi)起數(shù)和過(guò)火面積都有所增長(zhǎng)；草原雷擊火的發(fā)生次數(shù)雖然趨于穩(wěn)定，但過(guò)火面積卻有不確定性，易發(fā)生單次過(guò)火面積大的火災(zāi)，應(yīng)重點(diǎn)加以防控。季節(jié)性變化規(guī)律中，森林草原雷擊火主要集中于春夏兩季，尤以春夏之交最為嚴(yán)重，這是由于春夏兩季內(nèi)蒙古地區(qū)大風(fēng)天氣多、可燃物含水率低，并且來(lái)自西北方向的冷鋒穿過(guò)內(nèi)蒙古地區(qū)上空，導(dǎo)致雷暴天氣增多，致使雷擊火集中；而秋冬兩季，雷暴天氣鮮有發(fā)生，氣候逐漸寒冷，森林草原被積雪所覆蓋，不易發(fā)生雷擊火。月份變化中4—7月是雷擊火相對(duì)集中的時(shí)段，其中5月最為突出[17]，此時(shí)正是春夏之交，氣候變化異常，容易發(fā)生雷擊，應(yīng)在此時(shí)加強(qiáng)重點(diǎn)林區(qū)、草原的防控和監(jiān)測(cè)[18]。日變化主要是受時(shí)間、溫度等影響。一天中最易發(fā)生雷擊火的時(shí)段是11:00—15:00，這段時(shí)間一天內(nèi)溫度上升，可燃物含水率低，一旦發(fā)生雷擊火極易引發(fā)大面積火災(zāi)，在00:00—02:00這段時(shí)間由于人的警惕性下降，發(fā)現(xiàn)火情晚，易造成大面積火災(zāi)，也應(yīng)該給予重視，重點(diǎn)防范。Li et al.[19]建立了基于ADTD雷電檢測(cè)數(shù)據(jù)的火災(zāi)危險(xiǎn)指數(shù)，并開(kāi)發(fā)了森林雷電火災(zāi)預(yù)報(bào)模型，內(nèi)蒙古森林草原雷擊火在時(shí)間上的分布特征可結(jié)合此預(yù)報(bào)模型，將對(duì)提高內(nèi)蒙古森林草原雷擊火預(yù)測(cè)精度具有重要意義。

根據(jù)空間分布規(guī)律，森林雷擊火主要集中于內(nèi)蒙古東北部大興安嶺林區(qū)，尤其是大興安嶺北麓，這與劉松等[20]、張騫等[21]、倪長(zhǎng)虹等[22]的研究結(jié)果相一致；王曉紅等[23]的研究表明，雷擊火雖然由閃電引發(fā)，但通過(guò)分析，大興安嶺地區(qū)雷擊火與閃電并無(wú)明顯關(guān)系。造成雷擊火的主要原因是因?yàn)榇笈d安嶺地區(qū)屬于中高緯度地帶，平均海拔在800 m以上[24]，在每年的春夏之交時(shí)間段內(nèi)，來(lái)自蒙古和俄羅斯的冷鋒氣旋在大興安嶺林區(qū)通過(guò)，在林區(qū)上空凝結(jié)成冷鋒面加之原始林區(qū)地形等因素極易造成雷暴天氣，并且原始林區(qū)大部分人跡罕至，倒木、枯死木較多，這也加大了發(fā)生雷擊火的可能性。草原雷擊火主要分散在錫林郭勒草原和呼倫貝爾草原。雷擊火一般發(fā)生在人跡罕至的原始林區(qū)，被發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)燃燒較長(zhǎng)時(shí)間，雖然有瞭望塔監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等手段，但由于監(jiān)測(cè)范圍有限，還是有很多不足，可以重點(diǎn)增加內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)的雷擊火成因研究，在不同方向和角度深入分析時(shí)間、地形、海拔、氣象條件等與雷擊火的數(shù)量關(guān)系，從雷擊火源頭提供科學(xué)可靠的預(yù)防手段，在雷擊火頻發(fā)時(shí)期應(yīng)加強(qiáng)對(duì)特定地區(qū)的重點(diǎn)防控和宣傳，加大巡查力度，充分利用現(xiàn)代先進(jìn)科技手段，視頻監(jiān)測(cè)和地面監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合，將火災(zāi)控制在萌芽時(shí)期。