韓大鵬 馮 陽 鄭 鑫

（1.北京市園林綠化局森林防火事務(wù)中心，北京 102200；2.北京地拓科技發(fā)展有限公司，北京 100084；3.國家林業(yè)和草原局產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃院，北京 100010）

森林火災(zāi)集中性是林火管理過程具備的普遍特征。表現(xiàn)特征主要因所在氣候區(qū)、植被覆蓋種類不盡相同存在差異，還受火源成因及種類、局部地理環(huán)境、人為干擾程度等主要因素影響。對(duì)于這類現(xiàn)象分析多以定性描述為主，基于統(tǒng)計(jì)方法的定量分析主要以數(shù)據(jù)準(zhǔn)確收集并運(yùn)用合理方法，結(jié)論較為精確，但時(shí)間上具有后效性。可于一定時(shí)空范圍內(nèi)對(duì)分析對(duì)象的林業(yè)資源管護(hù)起到一定的借鑒作用。

1 分析對(duì)象及原則

自2000年以來，北京山區(qū)森林火災(zāi)隨基礎(chǔ)建設(shè)投入增多，管控形勢較好，森林火災(zāi)產(chǎn)生數(shù)量與危害逐漸呈均衡態(tài)勢，相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確性高，能夠以相應(yīng)時(shí)間周期內(nèi)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象，并得出相應(yīng)結(jié)論為林火生態(tài)管護(hù)與建設(shè)提供參考[1]。

1.1 森林火災(zāi)發(fā)生基本特征

北京市森林防火年度一般起于每年11月1日截至翌年6月30日，統(tǒng)計(jì)口徑計(jì)為第2年度的森林防火期。截至2021年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，各級(jí)森林消防隊(duì)伍達(dá)到130 余支，約3 000 人規(guī)模，林火監(jiān)測預(yù)報(bào)、專業(yè)通信器材、防護(hù)撲救等裝備達(dá)到專業(yè)化水平，一、二級(jí)森林防火區(qū)視頻監(jiān)控與通訊覆蓋率約80%。

對(duì)森林火災(zāi)有較強(qiáng)的預(yù)防控制能力，自20世紀(jì)90年代之后未發(fā)生重大規(guī)模(過火面積大于100 hm2)以上森林火災(zāi)[2]。2005—2019 森林防火年度內(nèi)共發(fā)生較大森林火災(zāi)（過火面積大于1 hm2小于100 hm2）計(jì)32 次，其發(fā)生數(shù)量及過火面積基本處于穩(wěn)定可控范圍內(nèi)，平均每年發(fā)生約2 次，單場平均過火面積8.7 hm2[3]。

1.2 樣本選取及分析原則

利用15 個(gè)森林防火年度較大森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（計(jì)32 次，見《北京市園林綠化志》(2005—2019)）的整體性，一般森林火災(zāi)記錄以2013—2014 森林防火年度（55 次）、2005—2019 森林防火年度市園林綠化局直屬森林防火隊(duì)的出警記錄（23 次）及昌平區(qū)2005—2015 防火年度數(shù)據(jù)（32 次）做以合并分析，從而體現(xiàn)數(shù)據(jù)具備區(qū)間時(shí)段的完整性、機(jī)動(dòng)力量使用的重點(diǎn)性及地域相對(duì)集中性，代表性較強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)中重復(fù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)以順序居先樣本采用為準(zhǔn)，后續(xù)不計(jì)入[4]。

時(shí)間因素多與適宜林火產(chǎn)生發(fā)展的因素相結(jié)合予以分析。一般以防火期內(nèi)日內(nèi)時(shí)間及重點(diǎn)防火時(shí)段兩個(gè)尺度為主。空間因素注重分析多因素相結(jié)合共同影響作用的結(jié)果，從森林防火的預(yù)防至撲救的全鏈條中選擇具備穩(wěn)定性、通適性的關(guān)聯(lián)因素予以比較分析，通過數(shù)理分析做樣本互比，重點(diǎn)探析較大森林火災(zāi)的表現(xiàn)規(guī)律，保證結(jié)論的相對(duì)準(zhǔn)確性。方法上立足基本數(shù)據(jù)，運(yùn)用較好的模型進(jìn)行分析或者擬合，通過利用相對(duì)的合理估算、精確取舍，可以對(duì)森林防火實(shí)踐起到借鑒作用[5]。

2 時(shí)間周期集中性分析

2.1 日內(nèi)時(shí)間分布態(tài)勢分析

森林火災(zāi)于日內(nèi)時(shí)間發(fā)生規(guī)律在大多數(shù)地區(qū)具有同質(zhì)性，主要影響因素分別為溫度、濕度、風(fēng)力變化和人員活動(dòng)規(guī)律及當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活方式等?；颈憩F(xiàn)為早晨至午間遞增多發(fā)、至傍晚逐漸減少的單峰分布。同時(shí)也會(huì)受當(dāng)?shù)匦夂颉⒕植康匦翁卣?、社?huì)生活習(xí)慣等附屬因素影響，從而有所偏差，如有的日內(nèi)發(fā)生時(shí)間均值點(diǎn)相對(duì)溫度最高值時(shí)間點(diǎn)偏差較大、有的形成高溫時(shí)段的平臺(tái)分布、有的形成主次峰分布，但整體規(guī)律基本相同[6]。

4 個(gè)樣本中的142 次森林火災(zāi)平均發(fā)生時(shí)間均值為13.74 h(13:45)，標(biāo)準(zhǔn)差為4.31 h計(jì)259 min。現(xiàn)設(shè)定原假設(shè)為日內(nèi)7 個(gè)時(shí)間段的分布形態(tài)符合正態(tài)分布[7]。擬合檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量一般構(gòu)造公式為：

表1 日內(nèi)發(fā)生時(shí)間區(qū)段正態(tài)分布擬合檢驗(yàn)表Tab.1 Intraday occurrence time segment normal distribution fitting test table

如對(duì)于較大森林火災(zāi)采用更為嚴(yán)格的正態(tài)檢驗(yàn)方法，若運(yùn)用W檢驗(yàn)法，其更能以較高準(zhǔn)確率反映其日內(nèi)時(shí)間集中分布特征。

2.2 防火關(guān)鍵時(shí)段集中性分析

取3月17 至5月15日的60 d為分析時(shí)段，時(shí)間區(qū)間的選取包括了年度森林防火期內(nèi)主要易發(fā)頻發(fā)時(shí)段，依次劃分4 個(gè)各為15 d時(shí)間段還體現(xiàn)其中溫度、風(fēng)力等因素漸進(jìn)性變化，此階段自然氣候特征為天氣逐轉(zhuǎn)暖，風(fēng)力前期大且持續(xù)天數(shù)多，至后期漸緩，是氣象意義上的由春轉(zhuǎn)夏，人員活動(dòng)頻率處于上升態(tài)勢[8]。對(duì)4 個(gè)等長時(shí)間段發(fā)生森林火災(zāi)次數(shù)做對(duì)比并分析其比例關(guān)系，有助于管理人員綜合判斷各類因素影響的整體效果。具體方法為先分組計(jì)數(shù)，后通過取整數(shù)比例再進(jìn)行皮爾遜擬合檢驗(yàn)。

表2 森林林防火期重點(diǎn)時(shí)段4 個(gè)等長時(shí)段森林火災(zāi)發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of occurrence frequency of forest fires in 4 equal-length periods in key periods of forest fire prevention period

森林高火險(xiǎn)期內(nèi)集中發(fā)生程度于歷年的3月份17日至5月15日的60個(gè)自然日中表現(xiàn)明顯，此時(shí)段內(nèi)集聚了各樣本占比55.63%(79/142)的發(fā)生次數(shù)。前2個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生次數(shù)達(dá)到取樣分析時(shí)段5/7的比例，客觀上反映了森林高火險(xiǎn)期設(shè)置的合理性。必須指出，相對(duì)5、6月份的森林火災(zāi)次數(shù)漸少的表象，森林燃燒的危險(xiǎn)性并未下降，記錄中過火面積超過15 hm2的有7次，有2次分別發(fā)生于2009年5月中旬及2019年6月下旬。

時(shí)間周期集中性分析結(jié)論有助于合理調(diào)配管護(hù)隊(duì)伍、監(jiān)測設(shè)備、森林消防等資源，尤其對(duì)林火多發(fā)時(shí)段內(nèi)的系統(tǒng)資源統(tǒng)籌調(diào)度具備良好應(yīng)用意義。

3 空間集中性特征分析

3.1 海拔分布集中性分析

主要分析各樣本于海拔縱向的分布特點(diǎn)。對(duì)表3以常用的組中值替代組內(nèi)樣本均值方法，計(jì)算權(quán)重均值為310.56 m，計(jì)算結(jié)果顯示偏度系數(shù)為正方向?yàn)橛移?，偏度介于?的正常值范圍內(nèi)，即多數(shù)樣本值小于總體均值，表明多數(shù)森林火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)位的海拔高程值小于總體平均值，低海拔區(qū)域具有較高集中度；峰度系數(shù)為負(fù)，表明相比較于正態(tài)分布此組數(shù)據(jù)在高低值差異中屬于較平滑分布[9]。

表3 4 個(gè)樣本于8 個(gè)海拔區(qū)間段內(nèi)發(fā)生頻次及方差計(jì)算表Tab.3 The frequency and variance of 4 samples calculated in 8 altitude intervals

偏度系數(shù)：

峰度系數(shù)K利用動(dòng)差法的4階中心矩求得：

以測量離散程度的異眾比率衡量，按表3分8組計(jì)算，無突出組，若從低至高依次將相鄰兩組合并為4組，處于低海拔高程為[50,250]的第1組，異眾比率值顯示出眾數(shù)組較其他分組的聚集性分布程度有所集中但非顯著性集中。

3.2 主要因素影響分析

森林防火統(tǒng)計(jì)中地形因素是重要指標(biāo)之一，在具備地帶集中性基礎(chǔ)上，分析如高程變化、人口密度、植被密度、局部地形等主要因素對(duì)森林火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的影響程度。

地帶性集中分析小結(jié)?？臻g集中性表現(xiàn)為以較少面積比例內(nèi)發(fā)生多數(shù)森林火災(zāi)，從表3、表4對(duì)比可知一般森林火災(zāi)更具低海拔區(qū)域內(nèi)發(fā)生傾向?；诖颂卣鳎蕹S機(jī)因素難于控制因素之后，較大森林火災(zāi)過火面積隨高程增加表現(xiàn)出減少趨勢。與人為干擾減少、地帶溫度降低的影響因素存在正向線性關(guān)系。

表4 4 個(gè)海拔區(qū)間內(nèi)發(fā)生的一般森林火災(zāi)頻次對(duì)比表Tab.4 Comparison table of the frequency of common forest fires in the four elevations

表5 過火面積與起火點(diǎn)高程值及過火跡地高程差值統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistical table of the difference between the fire area and the elevation of the fire point and the elevation of the fire area

4 結(jié)論

1）依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的相應(yīng)結(jié)果，做到合理應(yīng)用推廣。本文以時(shí)空分析為主、相關(guān)因素分析為輔，結(jié)合數(shù)理分析中的主要通用方法，兼顧對(duì)兩個(gè)級(jí)別森林火災(zāi)的相應(yīng)要素對(duì)比做以統(tǒng)計(jì)描述。對(duì)于北京地區(qū)森林火災(zāi)時(shí)空局部集中的結(jié)論，尤其對(duì)確定性強(qiáng)，即假設(shè)檢驗(yàn)達(dá)90%～95%以上置信程度保證的大樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果在定性基礎(chǔ)上予以定量描述，可為管理決策及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)和參考。對(duì)預(yù)案制訂、森防基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及森防管理效果評(píng)估提供借鑒[11-15]。

2）著眼森林防護(hù)的動(dòng)態(tài)過程，繼續(xù)探析表現(xiàn)規(guī)律。利用較好的工具如指數(shù)編制方法、隨機(jī)動(dòng)態(tài)過程的刻畫會(huì)更有效果[16]。還可依托各類工具繼續(xù)分析森林火災(zāi)的管控過程，相對(duì)于樣本積累的事后分析，對(duì)于動(dòng)中的實(shí)時(shí)判斷、發(fā)展趨勢中各類因素權(quán)重的變化速度和結(jié)論的實(shí)際應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步研究。