基于细网格的昌吉州森林火险气象等级预报

简咏梅,李 江,刘 江

(1.昌吉回族自治州气象局，新疆 昌吉 831100；2.克拉玛依市气象局，新疆 克拉玛依 834000；3.昌吉回族自治州林业局，新疆 昌吉 831100)

1 引言

森林火险与气象的关系十分密切，气象条件是决定森林火灾能否发生和蔓延的必要因素之一，森林火险的发生、发展和气象条件密不可分。昌吉回族自治州(以下简称昌吉州)是典型的干旱半干旱地区，森林火灾是重要灾害之一，每年4月1日至10月31日是森林火灾的高发期。

昌吉州党委、政府提出，要把生态文明建设作为一项重要基础工作，努力建设“美丽昌吉”。根据《昌吉回族自治州林业发展“十三五”规划》，到2020年，昌吉州将构建以南部山区、中部平原、北部荒漠三大区域为重点的绿色生态屏障，森林覆盖率达到15%，城镇、村庄居民点绿化覆盖率达到35%以上。

开展森林火险气象等级预报研究，对于加强森林防护工作、提高森林防火能力、保护生态环境具有积极意义。目前全疆气象部门主要使用Micaps及气象制图后台作业系统(MSPGS)制作森林火险气象等级预报，工作量较大，且过于粗糙。近年来，由于气象观测资料的空间密度不断加大，基于统计方法的森林火险气象等级预报的技术得到较大的发展，这种方法较以前相比更为精确，也更接近实际情况。

因此，利用实时观测气象要素和欧洲中心细网格数值模式预报资料，建立森林火险等级精细化预报模型，将各气象监测因子替换为预报因子，输出火险等级预报结果，对于加强高分辨率数值模式的格点释用技术研究、提高昌吉州森林火险气象等级预报精度、降低空报和漏报比例都具有积极意义。

2 资料来源与处理

2.1 气象资料

构建森林火险等级指标必须充分考虑气象因子的作用，开展森林火险预报工作离不开实时观测气象要素和预报气象要素。

气温、相对湿度、降水及连续无降水日数、风这些气象条件的综合作用决定了影响林区火险等级的高低。为了在模型中定量的表示火险等级高低，选取的气象参考要素为24 h累计降雨量、相对湿度、2 m温度、10 m风场，数据处理范围选取昌吉州格点资料范围(34730)，原始数据存储格式为MICAPS第4类格点数据格式。

预报资料选取欧洲中心细网格(ECMWFF-thin)数值预报产品，该产品现有两个时次，分别为08时起报和20时起报，预报时间为10 d(0～72 h为3 h时间间隔，72～240 h为6 h时间间隔)，空间分辨率自2015年1月15日之后由0.25°～0.25°的格点预报场调整为0.125°×0.125°的格点预报场。

2.2 林业资料

收集昌吉州森林资源分布图、昌吉州林业管护站所位置信息，并使用MAPGIS软件将70个林业管护站的大地坐标，转换成可以使用的经纬度坐标。

3 结果与分析

3.1 昌吉州森林火险气象等级预报模型

根据中国人民共和国林业部1995年12月1日开始实施的《全国森林火险天气等级》相关规定。将每日最高空气温度、最小相对湿度、最大风力等级、当日降水量及其后的连续无降水日数作为基本气象因子，与昌吉州护林防火指挥部共同制定昌吉州森林防火期物候季节订正指数，得到森林火险天气指数A、B、C、D、E值。

(1)森林防火期每日的最高空气温度的森林火险天气指数A值，见表1。

(2)森林防火期每日最小相对湿度的森林火险天气指数B值，见表2。

(3)森林防火期每日前期或当日的降水量及其后的连续无降水日数的森林火险天气指数C值，见表3。

(4)森林防火期每日的最大风力等级的森林火险天气指数D值，见表4。

表1 森林防火期每日的最高空气温度的森林火险天气指数

表2 森林防火期每日最小相对湿度的森林火险天气指数

表3 降水日及其后的连续无降水日数的森林火险天气指数

注：降水量小于0.3 mm作为无降水计算。C值为30以上时，每延续1 d，C值递加5，C值为50以上时，仍以50计算

表4 森林防火期每日的最大风力等级的森林火险天气指数

注：D值为40以上时，仍以40计算

(5)昌吉州森林防火期内生物及非生物物候季节的影响订正指数E值，见表5。

表5 昌吉州森林防火期内生物及非生物物候季节的影响订正指数

注：E值综合考虑不同月份昌吉州绿色植被生长或积雪覆盖情况制定

(6)计算森林火险天气指数HTZ。森林火险天气指数HTZ的计算公式为：HTZ=A+B+C+D-E。

根据HTZ的值，查对森林火险天气等级标准，见表6。

表6 森林火险天气等级标准

注：森林火险天气等级为每日最高森林火险天气等级，其等级标准由森林火险天气指数HTZ查对

3.2 输出昌吉州森林气象火险等级示意图

通过软件编程，每日16时自动提取精细化预报数据资料，计算出不同区域的森林火险气象指数，并在地图上显示出不同的森林火险气象指数所代表的颜色等级(绿、蓝、黄、橙、红)，该图可直观判断昌吉州不同格点区域的森林火险气象等级情况(见图1)。

2007年10月1日实施的《中华人民共和国气象行业标准(QX/T77-2007)—森林火险气象等级》对森林火险气象等级的颜色、表现形式、危险程度等做了相应的规定，见表7。

表7 森林火险气象等级

图1 昌吉州森林气象火险等级预报

4 结论

(1)该模型除用于输出未来24 h昌吉州森林气象火险等级预报图外，还可以计算未来3 d、未来10 d昌吉州森林气象火险等级趋势。

(2)使用细网格数值模式预报资料，有利于加强高分辨率数值模式的格点释用技术研究，提高了森林火险气象等级预报的精度，从而降低了空报和漏报率。

(3)预报模型采用了全国统一的森林气象火险等级预报标准，结合昌吉州森林防火期内生物及非生物物候季节的影响指数进行订正，增加了预报准确率，同时构建了不同区域森林火险评价通用模型，更具推广性。

(4)系统采用B/S构架，能够实时从Cassandra分布式数据库中获取模式预报数据。火险等级判别算法使用高效的矩阵算法，大大节约了对海量格点数据的处理时间。前台图形显示使用GIS地图结合echart的海量点渲染技术，能够高效、准确地实现火险等级预报图的绘制。

5 结语

森林火灾的发生发展不仅仅与气象要素有关，同时受到多种复杂因素的共同影响，跟地理环境、森林类型、林内可燃物载量、含水率及森林燃烧性等息息相关，利用气象条件建立森林火险潜势预警模型只是提供一种火险发生的气象可能性，而真正的火灾起因并不会与火险等级的气象条件一一对应，因此在使用时应综合考虑各项因素。

在森林火险预警预报研究中，气象部门与林业部门的密切合作显得尤为重要。采用传统调查和现代遥感技术相结合的方法，在林区尤其是林缘地带，建立森林火险监测站和森林火险因子采集站，形成覆盖全疆各主要林区的防火气象和可燃物观测体系，建立森林地理环境信息库、森林火险气象信息库、森林可燃物信息库、森林火灾数据库，修订并完善森林火险预报模型，将为科学、实时、准确地进行森林火险预警提供可靠的技术保障。