大兴安岭林区火灾特征及影响因子

书书书第２５卷第４期２００９年８月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ２００９收稿日期：２００８－１２－３１；修订日期：２００９－０４－１０。基金项目：公益性行业（气象）科研专项经费项目（ＧＹＨＹ２００７０６０２１）资助。作者简介：于文颖，女，１９７８年生，助理研究员，主要从事水汽通量等方面研究，Ｅｍａｉｌ：ｙｗｙｙｗｙ２００００＠１６３ｃｏｍ。通信作者：周广胜，Ｅｍａｉｌ：ｇｓｚｈｏｕ＠ｉｂｃａｓａｃｃｎ。大兴安岭林区火灾特征及影响因子于文颖１　周广胜２，３　赵先丽１　谢艳兵１　贾庆宇１（１中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁沈阳１１００１６；２中国气象科学研究院，北京１０００８１；３中国科学院植物研究所植被与环境变化重点实验室，北京１０００９３）　　摘　要：对１９７０—２００６年大兴安岭林区森林火灾过火次数与过火面积及其影响因子进行分析。结果表明：春季是大兴安岭林区火灾易发季节，４—６月易引发较大等级的森林火灾；雷击是引起该地区森林火灾的主要原因，雷击火灾多集中在春季和夏季，６月为雷击火多发月；年尺度上，降水量与过火次数呈显著相关，气温与过火面积呈显著相关；月尺度上，气温与过火次数呈显著相关，风速、相对湿度与过火面积呈显著相关；日尺度上，过火次数与最高气温呈显著相关，过火面积与相对湿度呈显著相关；但复相关系数较小，表明对森林火灾的预测不能仅仅选取气象因子，更要考虑火源及可燃物的影响。关键词：森林火灾；雷击火；影响因子；大兴安岭林区　　中图分类号：Ｓ７６２１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０４－０００１－０５１　引言森林火灾是指森林起火失去人为控制，在森林自由蔓延和扩展，给森林、森林生态系统和人类造成一定危害和损失的现象。全世界每年发生森林火灾几十万次，受灾面积达几百万公顷。近年来，随着人类活动的影响加剧和全球气候的异常变化，森林火灾频发，如何防御和控制森林火灾成为世界各国普遍关注的问题。森林火灾还将增加大气中ＣＯ２含量，导致气温升高，严重的还将引起土壤荒漠化，破坏生态平衡［１］。研究表明［２－６］，森林火灾的发生很大程度上受气象和气候条件的制约。以气候变暖为主要特征的全球变化背景下，异常天气频率的增加及森林群落结构的变化将使森林火险增加，火灾发生可能性增大。气候变暖将导致森林可燃物含水量降低，极易燃烧，火势蔓延加快，使得遭受过火灾的森林对干旱更为敏感，反复火烧，进而引起植物群落组成发生变化，增加火险［７］。在一定的地理条件下，森林火灾的发生与气象条件关系密切。气温偏高、降水偏少、持续干旱和空气干燥等都是森林火灾发生的有利气象条件，风速和风向则对火灾的蔓延速度和传播方向有着重大影响［８］。为确保森林安全与减少林火影响，科学家们已经研制了一系列森林火险预报预测方法，如俄罗斯的双因素火险指数预报法、美国的国家火险等级系统（ＮＦＤＲＳ），加拿大的森林火灾天气指标（ＣＦＷＩ）系统，澳大利亚的干旱指数法（ＦＦＤＩ）等。中国利用气象数据开展林火预报工作起步较晚，主要是在俄、美、加拿大等国家林火预报的基础上，结合中国具体情况进行林火预报，如风速补正综合指标法、双指标法以及８０１火险尺法等，都是根据多种气象因子的综合影响来进行预报［９］。这些方法为预测预防火灾发生、减小火灾损失起到了重要作用。森林火灾发生的三个必备条件为森林可燃物、火险天气和火源。针对目前中国森林火险预报预测多采用气象因子综合的影响而忽略森林可燃物及火源的影响，本文试图以森林火灾频发林区且气候变化较为剧烈的黑龙江省大兴安岭林区为研究对象，分析森林火灾成灾三要素特征，探讨森林火灾发生发展的特征及其影响因子，以为森林火灾的预防与预警提供参考。２　资料来源与研究方法２１　研究区域概况大兴安岭地区位于中国北部边陲，东接小兴安岭，西邻呼伦贝尔市，南濒松嫩平原，北与俄罗斯联邦隔江相望，位于１２１°１２′—１２７°００′Ｅ，５０°１０′—５３°３３′Ｎ。地势呈西高东低，岭内海拔高度为３００—７００ｍ。全区地形总体呈东北—西南走向，属浅山丘陵地带，北部、西部和中部高。平均海拔高度为５７３ｍ，最高海拔高度为１５２８ｍ，系伊勒呼里山主峰—呼中区大白山；最低海拔高度为１８０ｍ，为呼玛县三卡乡沿江村。该区域冬寒夏暖，昼夜温差较大，年平均气温为－２８℃，最低温度为－５２３℃，无霜２　　　　气象与环境学报第２５卷　期为９０—１１０ｄ，年平均降水量为７４６ｍｍ，属寒温带大陆性季风气候。大兴安岭地区森林资源丰富，主要树种有兴安落叶松、樟子松、红皮云杉、白桦、蒙古栎和山杨等。春秋季受蒙古干旱风影响，天气条件变化剧烈，常出现高温、低湿和大风天气，是林火的高发期［７］。２２　资料来源本研究采用的森林火灾和气象数据为黑龙江省气象科学研究所提供的大兴安岭地区各气象站１９７０—２００６年的年、月和日气象要素，以及１９７０—２００６年大兴安岭林区火灾数据。２３　研究方法２３１　森林火灾分级在统计历史资料时，以受害森林面积大小为标准，森林火灾分为４类：（１）森林火警：受害森林面积不足１ｈｍ２；（２）一般森林火灾：受害森林面积１ｈｍ２以上，不足１００ｈｍ２；（３）重大森林火灾：受害森林面积１００ｈｍ２以上不足１０００ｈｍ２；（４）特大森林火灾：受害森林面积１０００ｈｍ２以上。而发生在荒山、荒地、荒滩范围内，没有造成林木损失的荒火及荒地过火面积不统计在内［１０］。２３２　森林火灾发生的三要素森林火灾发生的三个必备条件：森林可燃物、火险天气和火源。火源主要分为自然火源和人为火源，引发大兴安岭林区火灾的自然火源主要为雷击火。本研究将火灾原因分为三种：火因不明、人为火和雷击火。影响森林火灾发生的气象因子主要有温度、相对湿度、降水、风和连旱天数等。在特定的气象条件，如长期干旱、大风、干燥，火险等级居高不下，则形成了森林燃烧的基本条件［１１－１４］。基于收集的大兴安岭地区气象数据和森林火灾数据，分析１９７０—２００６年大兴安岭林区与森林火灾密切相关的气候指标；进而采用单因子分析和逐步回归分析法，分析该地区森林火灾的变化特征及气候因子对该林区森林火灾的影响。可燃物的类型及其含水率等是发生森林火灾的物质基础。３　结果分析３１　大兴安岭林区火灾特征１９７０—２００６年，大兴安岭林区总过火次数为１０２７次，林地过火面积为２７８２×１０４ｈｍ２，年平均过火次数为２７８次，年平均过火林地面积为７５×１０４ｈｍ２。其中，由雷击引发的森林火灾，占过火总次数的４４％，由人为引起的火灾占过火总次数的３５％，不明火因占２１％。雷击火是大兴安岭林区引发森林火灾的主要火源。由雷击、人为和不明火因引发的森林火灾面积分别占总过火面积的５％、６５％和３０％，其中人为火引发的森林受灾面积为最大。２０世纪９０年代森林火灾发生次数最少，１９７９年过火次数最多，达７７次；过火面积最大的年份是１９８７年，为７５９×１０４ｈｍ２。自２０世纪９０年代以来，森林火灾的发生呈逐年上升趋势（图１）。图１　１９７０—２００６年大兴安岭林区火灾年变化　　１９７０—２００６年，大兴安岭林区过火次数最多的月份是６月，其次是５月；过火面积最大的月份是５月，其次是９月（图２）。在季节变化上，由于大兴安图２　１９７０—２００６年大兴安岭林区火灾月变化岭林区春、秋季天气干燥，降水少，森林火灾较易发生；而在雨季７月和８月火灾发生次数和面积均较少；冬季１１月至翌年２月，由于天气寒冷，无火灾发生。从表１可以看出，４—６月是森林火灾发生频度较高的月份，可见春季是大兴安岭林区火灾易发季节。　　１９７０—２００６年，大兴安岭林区共发生７７起特大火灾，１４９起重大火灾，３５７起一般火灾，４４４次火警，由此造成的森林受灾面积分别为２７２４×１０４、４７×１０４、１０×１０４ｈｍ２和２１９ｈｍ２。特大火灾多发生在４月和５月，重大火灾和一般火灾多发生在６月，火警多发生在５月和６月（图３）。可见春季４—６月大兴安岭林区易引发较大等级的森林火灾。特大火灾多集中在加区和呼玛县，重大火灾和一般火灾分布范　第４期于文颖等：大兴安岭林区火灾特征及影响因子３　　　　围较广，分布在大兴安岭各个区县（图４）。图３　１９７０—２００６年大兴安岭林区不同等级火灾月变化３２　大兴安岭林区火灾成因３２１　火源特点大兴安岭林区的主要火源有三种：雷击火、人为火和火因不明。雷击火灾多集中在春季和夏季，由雷击引发的过火次数最多的月份为６月；人为火灾多集中在春季，由人为引发的过火次数最多的月份为５月；不明火灾多集中在春季（图５）。不同原因引发的森林火灾在大兴安岭空间分布范围大致相同，雷击火分布范围最广，人为火分布多集中在人口相对密集的加区、新林等区（图６）。３２２　气象因子近年来国内学者对大兴安岭火灾特征以及成因开展了很多研究。王茂新等［１５］分析了１９８７年５月图４　１９７０—２００６年大兴安岭林区不同等级火灾着火点分布示意图５　１９７０—２００６年大兴安岭林区不同原因引发的月过火次数比较大兴安岭特大火灾的气象成因，发现前期干旱、少雨以及气温显著偏高，是发生特大火灾的气候背景，在已有大量火源存在的情况下，风速的增大使火势急速蔓延，是造成特大森林火灾的最关键因素。赵慧颖［１６］就大兴安岭东部森林火灾发生的气候条件进行了风险辨识，得出结论：空气湿度是火险天气中的关键因素，空气湿度小于６０％时，就有发生森林火灾的可能；风是森林火灾发生蔓延的重要因素，当风速大于２５ｍ／ｓ时，火灾蔓延开始加大。　　选取１９７０—２００６年大兴安岭林区的加格达奇、塔河、呼玛、漠河、呼中和新林６个地区气象台站的年、月气象资料，包括气温、降水量、风速、相对湿度，图６　１９７０—２００６年大兴安岭林区不同火灾起因着火点分布示意４　　　　气象与环境学报第２５卷　计算出各气象要素的算术平均值（降水为累计值），基于气象因子和过火次数及面积，从年、月尺度分析其相关关系。结果表明：年尺度上，降水量与过火次数显著相关，气温与过火面积显著相关；月尺度上，气温与过火次数显著相关，风速、相对湿度与过火面积显著相关（表１和表２）。表１　１９７０—２００６年大兴安岭林区气象因子与过火次数相关系数过火次数年月　降水－０４４００７　气温－０１７０４４　风速０１４－０６５相对湿度－０１８－００４样本数／个３６１３２　　注：为Ｐ＜００１水平显著相关。表２　１９７０—２００６年大兴安岭林区气象因子与过火面积相关系数过火面积年月　降水００３－０１６　气温－０５４－０１３　风速０１５０２２相对湿度－０２７－０２６样本数／次３６１３２　　注：为Ｐ＜００１水平显著相关；为Ｐ＜００５水平显著相关。　　以漠河县林区为例，选取１９７０—２００６年漠河气象站的日气象资料，包括气温、最高气温、降水量、风速、相对湿度，计算出该站连旱天数，分析日气象要素与过火次数及过火面积的相关关系（表３）。逐步表３　１９７０—２００６年漠河县林区气象因子与过火次数及过火面积回归项目过火次数过火面积影响因子最高气温相对湿度复相关系数０３５１０１８５Ｆ１５９９７４０３０显著性概率００００００４７样本数／个１１６１１６回归分析结果表明，过火次数与最高气温呈显著相关，过火面积与相对湿度呈显著相关，复相关系数分别为０３５１和０１８５，Ｆ检验（Ｐ≤００５）达显著水平。虽然气象因子与过火次数及面积显著相关，但复相关系数较小，说明对森林火灾的预测不能仅仅选取气象因子，更要考虑火源及可燃物的影响。４　结论与讨论（１）自２０世纪末期以来，森林火灾的发生呈显著上升趋势。雷击火和人为火是引发大兴安岭林区火灾的主要原因。雷击火引发的过火次数最多，人为火造成的过火面积最大。雷击火灾多集中在春季和夏季，６月为雷击火多发月；人为火灾多集中在春季，５月为人为火多发月。不同原因引发的火灾在大兴安岭林区空间分布范围大致相同，雷击火分