張 琨，羅可妮

1.四川省防雷中心，四川成都 610772；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點實驗室，四川成都 610772

近年來，四川省出現(xiàn)多起森林草原火災(zāi)，較為嚴(yán)重的是2019年“3·30木里森林火災(zāi)”，造成巨大的人員傷亡[1]。研究表明，此次火災(zāi)是由雷電擊中林中高大樹木燃燒引發(fā)森林火災(zāi)。2022年四川省內(nèi)共發(fā)生16起森林火災(zāi)，四川森林火災(zāi)多分布在攀西地區(qū)，近年來森林防滅火工作形勢十分嚴(yán)峻。根據(jù)《四川省森林防火規(guī)劃（2016—2025年）》對全省森林火災(zāi)風(fēng)險區(qū)進(jìn)行了危險等級劃分，其中攀西地區(qū)共15個森林火險區(qū)劃為森林火災(zāi)高危區(qū)，分別是攀枝花市的米易縣、鹽邊縣、仁和區(qū)、西區(qū)；涼山彝族自治州的冕寧縣、木里藏族自治縣、西昌市、鹽源縣、會東縣、寧南縣、普格縣、喜德縣、昭覺縣、德昌縣、會理縣[2]。

從全國森林資源總量看，攀西地區(qū)森林蓄積量位于我國前列，森林地面被落葉或雜草等長期覆蓋后，易變質(zhì)腐爛產(chǎn)生一些可燃?xì)怏w被點燃。森林雷擊火災(zāi)預(yù)防主要考慮防直擊雷，隨著環(huán)境污染，氣候條件的變化，雷擊火成為最為重要的森林火災(zāi)自然禍源[3-4]。關(guān)于雷擊火災(zāi)的分析和雷擊風(fēng)險區(qū)劃研究，余海蓉等[5]對四川盆地雷電高發(fā)區(qū)進(jìn)行了風(fēng)險區(qū)劃研究；陳樂奇等[6]在研究中通過分析雷電的特征分析對林場的雷擊火災(zāi)進(jìn)行了區(qū)劃研究；彭博[7]通過分析NDVI、環(huán)境和植被情況，對西昌市森林火險等級進(jìn)行了區(qū)劃研究；何誠等[8]通過分析氣候特征，得出夏季森林火災(zāi)發(fā)生的危險性強(qiáng)，夏季是雷暴的多發(fā)季節(jié)；Fuquay等[9]通過分析雷擊火發(fā)生時的云地閃特征后，發(fā)現(xiàn)云地閃持續(xù)電流極易引發(fā)雷擊火。攀西地區(qū)森林地形的復(fù)雜性和大氣環(huán)流的錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致雷暴天氣較多，而如何降低因雷擊導(dǎo)致的自然森林大火的發(fā)生率，是目前亟待解決的問題。

本研究通過對攀西地區(qū)森林火災(zāi)高危區(qū)雷電強(qiáng)度、雷電密度、海拔和土壤電阻率進(jìn)行熵值法分析，建立致災(zāi)危險性算法模型，對攀西地區(qū)雷電致災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃，為林業(yè)部門和消防部門等政府部門提供防雷工程建設(shè)和雷擊火預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，充分發(fā)揮防雷減災(zāi)第一道防線的重要作用。

1 數(shù)據(jù)選取

根據(jù)攀西地區(qū)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，冬、春季節(jié)氣候干燥、林木干枯，植被含水量低，是四川省森林草原火災(zāi)的易發(fā)期，而攀西地區(qū)更是四川省森林草原火災(zāi)的易發(fā)地。氣候條件是森林火災(zāi)發(fā)生區(qū)域和發(fā)生階段的決定因素。氣候條件決定潛在火險程度，本研究選取雷電、海拔和土壤電阻率3種影響因子分析。

（1）三維閃電數(shù)據(jù)。本研究采用四川省氣象局2016—2021年的三維閃電數(shù)據(jù)資料。

（2）海拔。攀西地區(qū)多為高山，海拔較高，研究表明在海拔1 500 m以上的山地發(fā)生的閃電，雷電強(qiáng)度（Ln＞100 kA）和反擊概率比例高于低山丘陵和平原地區(qū)[10]。本研究選取的海拔數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心發(fā)布的中國高程數(shù)據(jù)（DEM）空間分布數(shù)據(jù)。

（3）土壤電阻率。土壤電阻率與溫度、含水量有很大關(guān)系，而且土壤電阻率越小對應(yīng)的雷電流強(qiáng)度越大，反之越小[11]。本研究采用的土壤電阻率數(shù)據(jù)來源于南京土壤所發(fā)布的全國土壤柵格數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，等級劃分為4級（較低風(fēng)險、一般風(fēng)險、高風(fēng)險、極高風(fēng)險）。所研究的區(qū)域都是森林火災(zāi)高危區(qū)，風(fēng)險等級是相對定性的，本研究設(shè)定較低風(fēng)險也是森林火災(zāi)高危區(qū)。

四川省氣象局圍繞攀西火災(zāi)多發(fā)重發(fā)區(qū)域陸續(xù)布設(shè)13套三維閃電定位儀，基本覆蓋整個攀西地區(qū)，對該地區(qū)、周邊林場和人員相對密集區(qū)域進(jìn)行全天候24 h雷電監(jiān)測。

將地圖劃分為3 km×3 km的格點，計算各格點的雷電密度，經(jīng)歸一化處理，計算雷電密度柵格數(shù)據(jù)，然后繪制雷電密度圖（圖1）。根據(jù)雷電密度分布，極高風(fēng)險區(qū)分布在鹽邊縣中部和西部；高風(fēng)險區(qū)分布在鹽邊縣北部、西區(qū)西部、西昌市中西部、米易縣西部、喜德縣北部和西部、冕寧縣分布較為分散，主要集中在中部和東部；較低險區(qū)主要分布在木里藏族自治縣西部和北部、昭覺縣東部、鹽源縣中部、普格縣東部、寧南縣、會東縣和會理縣；其余地區(qū)主要是一般風(fēng)險區(qū)。

圖1 雷電密度圖

根據(jù)雷電質(zhì)量控制方法，本研究計算2～200 kA區(qū)間的雷電流數(shù)據(jù)，將計算區(qū)域劃分為3 km×3 km的格點，統(tǒng)計每個格點內(nèi)不同等級雷電強(qiáng)度的閃電次數(shù)，歸一化處理。將雷電強(qiáng)度等級劃分為5個等級：1級（D≤60%）、2級（60%＜D≤80%）、3級（80%＜D≤90%）、4級（90%＜D≤95%）、5級（D＞95%）[12-13]。

依照公式（1）計算攀西地區(qū)的雷電強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，計算雷電強(qiáng)度柵格數(shù)據(jù)，繪制雷電強(qiáng)度分布圖（圖2）。

圖2 雷電強(qiáng)度分布圖

式（1）中，Ln為雷電強(qiáng)度；i為雷電強(qiáng)度等級；Fi為雷電強(qiáng)度為i等級的地閃頻次的歸一化值。

由圖2所知，根據(jù)雷電強(qiáng)度分布圖，全域無極高風(fēng)險區(qū)；高風(fēng)險區(qū)主要分布在鹽邊縣中北部；較低風(fēng)險區(qū)分布在木里藏族自治縣西部和南部、鹽源縣南部、西昌市中部和東部、喜德縣東部、昭覺縣、普格縣、寧南縣、會東縣、會理縣、米易縣東南部和仁和區(qū)南部；其余地區(qū)為一般風(fēng)險區(qū)。

海拔空間分布數(shù)據(jù)在ArcGIS中進(jìn)行3 km重采樣，并進(jìn)行柵格化數(shù)據(jù)處理、歸一化處理，計算攀西地區(qū)海拔柵格數(shù)據(jù)，繪制海拔分布圖（圖3）。由圖3所知，攀西地區(qū)的森林火災(zāi)高危區(qū)從南部到北部，海拔逐漸升高，高海拔主要分布在木里藏族自治縣中北部，平均海拔3 100 m左右，地處青藏高原東南和橫斷山脈中間，附近的山脈錯綜復(fù)雜，地形陡峭，山風(fēng)異常，出現(xiàn)火災(zāi)時，對火災(zāi)救援工作帶來的挑戰(zhàn)極大。2019年3月30日木里藏族自治縣森林火災(zāi)和2019年4月8日冕寧縣火災(zāi)，均發(fā)生于高海拔地區(qū)，海拔是一個重要的影響因素。

圖3 海拔分布圖

土壤柵格數(shù)據(jù)通過ArcGIS進(jìn)行3 km重采樣，并進(jìn)行裁剪，歸一化處理，計算土壤電阻率柵格數(shù)據(jù)，繪制土壤電阻率分布圖（圖4）。攀西森林火災(zāi)高危區(qū)全域的土壤電阻率較為均衡，但木里藏族自治縣和冕寧縣部分地區(qū)的土壤電阻率極高。

圖4 土壤電阻率分布圖

3 雷電災(zāi)害致災(zāi)因子危險性分析

3.1 致災(zāi)因子權(quán)重的計算

通過計算獲取的雷電密度、雷電強(qiáng)度、海拔和土壤電阻率等柵格數(shù)據(jù)，利用層次分析法，確定4種因子的權(quán)重矩陣，通過計算獲取致災(zāi)因子權(quán)重：雷電密度權(quán)重（wd）為0.3507；雷電流度權(quán)重（wn）為0.3507；海拔權(quán)重（wh）為0.1093；土壤電阻率權(quán)重（wc）為0.1892。

3.2 致災(zāi)危險性指數(shù)的計算

按照致災(zāi)危險性指數(shù)RH模型進(jìn)行計算。

運用致災(zāi)因子危險性RH模型，計算柵格數(shù)據(jù)中的每個格點的危險性指數(shù)值，利用自然斷點法將危險等級劃分為4級：較低風(fēng)險、一般風(fēng)險、高風(fēng)險、極高風(fēng)險，并繪制攀西地區(qū)森林火災(zāi)高危區(qū)雷電致災(zāi)危險性分布圖（圖5）。

圖5 攀西地區(qū)雷電致災(zāi)危險性分布圖

由圖5可知，攀西地區(qū)雷電致災(zāi)危險性極高風(fēng)險主要分布在木里藏族自治縣東南部和西南部、冕寧縣中部和東部、鹽源縣西北部和鹽邊縣中部；高風(fēng)險區(qū)主要分布在木里藏族自治縣北部和東部、冕寧縣南部和東部、喜德縣西部和南部、西昌市北部、德昌縣北部和西部、鹽邊縣北部、米易縣北部、仁和區(qū)北部；只有少部分較低風(fēng)險區(qū)主要分布在寧南縣中部和東部、會東縣東部、會理縣南部、昭覺縣東部；其余地區(qū)均為一般風(fēng)險區(qū)。

4 結(jié)論

通過分析攀西地區(qū)森林火災(zāi)高危區(qū)的雷電強(qiáng)度、雷電密度、海拔和土壤電阻率，結(jié)合致災(zāi)性危險性分布圖可以直觀地幫助當(dāng)?shù)卣蛳啦块T掌握雷擊火災(zāi)的風(fēng)險情況，為防滅火的決策提供科學(xué)依據(jù)。以下為攀西地區(qū)雷擊火災(zāi)提供的科學(xué)防御決策建議：

（1）極高風(fēng)險區(qū)主要分布在高山、山原、峽谷地貌的木里藏族自治縣、冕寧縣、鹽源縣和鹽邊縣，森林覆蓋率高、海拔高、道路崎嶇，發(fā)生森林火災(zāi)時，對火災(zāi)救援和人力調(diào)度的挑戰(zhàn)較大。建議此區(qū)域加快三維閃電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，提高本區(qū)域的雷電監(jiān)測水平和雷電防御能力，尤其是加強(qiáng)對高海拔森林的監(jiān)測網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)，彌補(bǔ)護(hù)林員無法監(jiān)測的盲區(qū)。因地勢問題，對一些人員不便進(jìn)入的區(qū)域，可以采用無人機(jī)定時巡邏進(jìn)行檢測預(yù)警。

（2）高風(fēng)險區(qū)主要分布在木里藏族自治縣北部和東部、冕寧縣南部和東部、喜德縣西部和南部、西昌市北部、德昌縣北部和西部、鹽邊縣北部、米易縣北部、仁和區(qū)北部。一些重要城鎮(zhèn)也是高風(fēng)險區(qū)，其中西昌、米易等城市，旅游產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)，人口分布較為密集，森林火災(zāi)更需要考慮人為因素，需加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的雷電災(zāi)害的宣傳教育工作，增強(qiáng)群眾的防雷防火意識和提高其防火滅火能力，加強(qiáng)城市建筑物和景區(qū)的防雷基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

（3）一般風(fēng)險區(qū)分布較廣，相關(guān)部門要因地制宜，根據(jù)不同的森林區(qū)域、地質(zhì)情況、土壤電阻率和草原空曠地等制定不同的防雷對策，加大建筑物和?；穲鏊姆览讬z測力度，在空曠區(qū)域，設(shè)置防雷庭，以供農(nóng)民或牧民在戶外活動遇到雷暴天氣時臨時躲避。在經(jīng)常遭雷擊中的樹木附近，設(shè)置接閃器和森林防護(hù)隔離帶。

（4）較低風(fēng)險區(qū)主要分布在寧南縣中部和東部、會東縣東部、會理縣南部、昭覺縣東部，集中在攀西地區(qū)的邊界處，此區(qū)域雖然風(fēng)險等級較低，但雷擊落點面積較大，仍會引起雷擊火災(zāi)，應(yīng)加強(qiáng)附近區(qū)域的防雷設(shè)施安全檢查。