青海省森林草原氣象火險預報預警服務實踐

■ 徐月順 錢有海 達海鈺 李寶華 管琴

在日常林牧業生產中，發生森林草原火災，會對生態環境產生巨大的破壞，造成巨大損失。據權威部門統計，1950年以來，全國平均每年發生森林火災1.6萬余次，受災面積近百萬公頃，受火災威脅的草原2×108hm2，其中火災發生頻繁的近1×108hm2。運用現代化信息技術手段科學、合理地對森林草原火險進行監測與預測，并建立相關的預警機制是防災減災的重要內容。

青海省林地面積為3.1×106hm2，占全省總土地面積的4.3%，而總草場面積達到了3.86×107hm2，約占全省面積的53.6%。青海省大部分森林火情是因周圍下墊面的草場火情引起的，因此在研究森林火險時首先需要考慮包括下墊面的草原火險。青海省深居內陸，年降水量少，冬季寒冷漫長，氣候極度干燥，春季干燥多風，冬春季為火災的多發季節。

1999年，中國氣象局協同國家林業局共同聯合開展國家級別的森林火險氣象等級預報預警業務工作，使中國森林火險氣象等級預報服務業務有了飛躍式發展，帶動各?。▍^、市）的火險預報預警業務逐步開展，預報水平和技術大幅度提高，但因觀測站點、交通不便等各方面因素的限制，預報方式仍以大范圍站點和區域預報為主。青海省級氣象部門負責制作預報服務產品，并對下進行指導，各州（市）縣直接進行服務，實現上下聯動森林草原火險氣象服務。

1 資料與方法

影響火災發生的因素很多，作為防范火災發生的服務型研究，這里將火情和火災統一定義為火災，以便更好地為防火部門提供氣象參考依據。因2012年以后火災資料只有月和年合計值，故沒有選入本文的資料分析。本文森林草原火災資料選取1995—2011年青海省草原防火辦和森林防火辦提供的日火災資料。運用統計學線性趨勢相關方法，分別對草原火災和森林火災進行線性分析，建立了青海省森林草原火災年際變化趨勢的一元線性回歸模型。森林草原火險等級預測模型采用指數查對法和經驗公式法進行修正，最終通過總的分值分析判斷出森林草原火險氣象等級預報值。

2 青海省森林草原火災時空分布特征

2.1 青海省森林草原火災時間分布特征

青海省森林草原火災發生時間一般為每年10月至次年5月，夏季僅在7月發生過1次火情，且原因不明，因此在分析時不做考慮。草原火災年變化（圖1a）有增加的趨勢，趨勢率為1.6 次/a；草原火災月分布特點（圖1b）表現為不對稱雙峰型，11月達到第一個峰值，12月略降，1月再次上升，2月達最大值，4月以后明顯回落；草原火災旬發生特點（圖1c）與月變化特點相對應，呈現不對稱雙峰型，11月下旬出現次峰值，1月下旬出現峰值。森林火災年增加趨勢不顯著（圖1a）；森林火災月分布特點表現為單峰型，3月達峰值，4月明顯回落（圖1b）。

圖1 1995—2011年青海省森林草原火災年（a）、月（b）、旬（c）變化特點和空間分布特征（d）

青海省草原火災的發生與季節關系密切：10月上、中旬牧草開始枯黃，含水率仍然較高，火災處于低發期；10月下旬各地牧草已經完全枯黃，含水率降低，火災次數明顯增加；1月下旬至4月中旬是草火高發期，其中1月下旬至2月上旬是草原火災高峰期，這與春節前后人類頻繁的戶外用火有一定關系；3月上旬至4月中旬氣溫迅速回升，風速增大，同時民間祭祀和燒荒等活動頻繁，火災發生次數仍然較高；4月中旬開始各地牧草逐漸返青，樹木陸續發芽，火災次數逐漸下降。青海省森林火災的發生與季節變化也有很高的相關性：10月至次年1月樹木進入休眠期，由于高原上氣溫低，火災處于低發期；2月隨著氣溫回升，高原上風速增大，森林火災次數迅速增加，3月達峰值，此時樹木仍處于休眠期；4月起牧草陸續返青且樹木開始萌芽，火災次數逐漸減少。

2.2 青海省森林草原火災空間分布特征

青海省森林草原火災發生地域性較強，且兩者相差較大。草原火災以海北、海南、黃南為中心，其次為海東。而森林火災的多發地在人口較集中的西寧和海東，其次為海北（圖1d）。森林草原火災的地域分布特征與草地和森林的產量有一定關系，草原火災高發區也是牧草產量高的地區，森林火災發生在樹木生長條件較好的地區。

3 青海省森林草原火災的影響因素分析

3.1 青海省森林草原火災與社會因素

森林草原火災大部分與人類活動有關，包括民間上墳祭祖、焚燒秸稈、節假日慶賀放炮和驅趕大型動物放炮等可控因素。還有諸如輸電線路短路、高壓線瓷瓶脫落等不可控因素。最主要火災影響因素是燒荒燒炭、電線起火、家火上山、燒牧場等，燒荒燒炭和上墳燒紙是其中最為突出的因素。

3.2 青海省森林草原火災與氣象因素

對森林草原火災發生有明顯影響的氣象因子有降水量、氣溫、風速、相對濕度、連續無降水日數等。研究表明，森林火險等級與每日最高氣溫、最小相對濕度、降雨量及其后連續無雨日數、最大風力以及防火期內生物及非生物季節的影響指數等密切相關。目前常用預測模型是將指數查對法和經驗公式法進行修正：首先利用火災歷史數據庫對各氣象因子進行加權平均，并通過地表狀況及降水量系數進行訂正；其次應用森林草原地區是否有積雪覆蓋和按季節草木覆蓋作為物候訂正，并用表征火源狀況的火災系數對總分值進行調整；最后根據總分值判斷出森林草原火險氣象等級（表1）。

表1 森林草原火險氣象等級及描述

4 青海省森林草原防火氣象服務現狀

近年來，青海省充分利用電視、廣播、網站、兩微一端、LED電子屏、手機短信等方式發布森林草原火險長中短期預報、高火險預警信息。利用精細化格點預報，對全省范圍內所有林場和草原進行24 h天氣預報及森林草原火險氣象等級預報，為森林草原防火部門提供三類服務產品：森林草原防火監測產品、森林草原防火預測預報產品、森林草原防火預警產品（圖2）。

圖2 青海省森林草原氣象火險預報預警業務框架和流程

4.1 監測產品

監測信息包括常規氣象要素監測信息、熱源點/火點等氣象衛星反演信息，同時還包括積雪面積、牧草長勢等衛星遙感監測信息，并可對基礎監測信息進行加工，綜合分析干旱指數、牧草返青期、牧草黃枯期等，制作專題服務產品。2021年服務期內共發布監測產品195期，專題服務產品84期。

4.2 預測預報產品

預測類產品包括：月氣象火險潛勢預估、冬春季雪災氣候趨勢預測及火災風險評估、春季沙塵暴趨勢預測。預報類產品包括：中雨（雪）以上降水、強降溫（寒潮）、大風、高溫晴熱、連陰雨、沙塵暴、干旱、高溫等高影響天氣過程預報；常規短期基本氣象要素的預報服務；火險等級預報。2021年服務期內共發布預測預報產品411期。

4.3 預警產品

森林草原火險氣象風險預警由低到高分為中度危險、高度危險、極度危險3個等級，依次對應為黃色預警、橙色預警、紅色預警。當某地森林草原火險氣象等級5級已持續10 d，并預計未來24～120 h該地森林草原火險氣象等級仍將持續為5級，則該地森林草原火險氣象風險等級為三級（黃色預警）；某地森林草原火險氣象風險等級5級已持續20 d，并預計未來24～120 h該地森林草原火險氣象等級仍將持續為5級，則該地森林草原火險氣象風險等級為二級（橙色預警），氣象因素致森林草原火災發生的可能性高；某地森林草原火險氣象等級5級已持續30 d，并預計未來24～120 h該地森林草原火險氣象等級仍將持續為5級，則該地森林草原火險氣象風險等級為一級（紅色預警），氣象因素致森林草原火災發生的可能性很高。2021年2月，青海省大部分地區降水偏少，氣溫偏高，吹風天氣增多，青海省氣象局積極向社會公眾發布森林草原火險預警信號2期，手機短信公眾接收共達1079560人（次）。

4.4 服務實例

在每日森林草原火險氣象等級預報基礎上，根據預警標準，在2022年3月14日在春分節氣前后發布西寧、海東、海北、海西、海南地區森林草原火險氣象風險黃色預警，4月2日清明節前調整西寧大部、海東、海西地區森林草原火險氣象風險預警為橙色等級。在海西木里發生草原火災后立即對周邊氣候條件進行分析，并根據氣候趨勢預測評估后期氣象火險等級，并分析天氣過程的人工影響天氣條件，為防火部門提供了決策依據。

5 討論與展望

5.1 多部門合作發展

青海省氣象部門與森林草原防火部門自2006年開始合作，氣象服務內容從最初的雨雪情分析和短期24 h天氣預報做起，根據用戶需求逐步增加了中期天氣過程預報、長期氣候趨勢預測等內容。經過多年的合作與需求交流，不斷研發出森林草原火險氣象指數預報、干燥度指數預報、火險潛勢評估分析、高火險期評估分析等具有針對性的服務產品，氣象服務能夠滿足防火的基本需求。為進一步落實《關于加強應急管理與氣象防災減災聯動合作框架協議》，青海省森林草原防滅火指揮部、青海省林業和草原局、青海省氣象局研究決定聯合開展森林草原火險氣象風險預警工作，建立健全聯合會商機制，做好省級森林草原火險氣象風險預警工作。青海省缺乏雷擊火、地熱引發的自燃等方面的研究和服務，針對這些問題需要開展多方合作，研發出適合本省省情的產品。

5.2 大數據分析與5G技術相結合

神經網絡等數據挖掘模型具有很好的特征選擇與自我學習能力，能夠通過大量的樣本數據學習來構建出最適合的模型，即通過選用基于大數據的森林草原火險預測模型，提高預警準確性與精確性，從而為火災預測預警機制提供更加科學的依據。將氣象、遙感、可燃物特征、地貌等基本信息與森林草原火險的預報預警工作相結合，從長、中、短等不同時效，研究基于大數據的森林草原火險預報預警技術方法，可有效提高森林草原火險預報預警技術的智能化水平，為防火工作提供科學、準確的決策依據。5G是最新一代的蜂窩移動通信技術，帶寬和傳輸速率高，消耗和延時低，容量和連接量大，如果將5G采集數據與林業時空信息融合應用，綜合森林草原火險預報預警信息，即可解決氣象信息的通信和覆蓋面難題。

5.3 預報預警與科普宣傳相結合

青海省地廣人稀，氣象觀測站點建設稀疏，同時草場面積大，林區基本罕無人煙，發生火情發現率小，因此應加強火災監測與火險等級預報服務工作，同時加大火險預警和科普宣傳工作。人類生活用火是火災發生的一大原因，春季高原上氣候依然干燥，加上氣溫升高，楊柳飛絮遇火即燃，成為市區景觀林火災的一大原因。應通過有效的宣傳手段，充分利用微博、微信、抖音、快手等社交媒體平臺，結合青海省的民風民俗特點，用漢藏雙語向廣大群眾宣傳森林草原防火知識；同時各級學校應將防火知識作為基本常識，不定期進行普及教育，讓防火氣象預報預警內容和科普內容深入人心，從而增強群眾的防火意識，從源頭減少和控制火源，阻斷火源與可燃物的接觸，堅決杜絕人為火災發生的可能。

5.4 未來氣候情景下的森林草原火險評估

在全球氣候變暖大形勢下，根據不同氣候變化情景，分析森林草原火災發生的可能性、脆弱性和暴露性，構建森林草原火災風險評估模型和指標體系，預測不同氣候變化情景下未來的森林草原火災風險，劃分出火源管理重點區域，可為開展適應氣候變化的火災管理措施提供科學依據。

深入閱讀

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