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森林是陆地生态系统的主体,而在森林面临的诸多灾害中,火灾已成为对森林资源影响最大的灾害。近几十年来,由于世界范围的人口膨胀,工业化进程加快,人类活动的加剧,加上全球气候的异常变化,导致世界森林火灾不断发生。加强全球变暖背景下的森林火险预报尤为迫切。
目前世界上已经有数百种森林火险预报方法,且绝大部分都是基于当地的环境特点和林火发生规律所建立的,但还没有开展这些预报方法的普适性检验。我国虽然也已研制和发展了数十种火险预报方法,但主要从气象因素角度来研究和探讨林火发生规律。美国国家火险等级系统(NFDRS)是综合考虑气象、可燃物和地形等因素的影响,并基于物理实验和数学推导而建立的动态模型。本研究将以空间分辨率为25km的NFDRS为基础,通过调整其内部模块和参数,并耦合中国可燃物模型、高精度气象和地形数据,进而研制出高分辨率的国家火险等级系统(1h,10km×10km)。通过对NFDRS的本地化研究检验其在中国的适用性并为中国林火管理提供技术支持,并得出以下结论:
(1)总结了我国已有森林火险研究的优缺点。我国目前已有数十种森林火险预报方法,但主要从气象因素角度来研究和探讨林火发生规律,仅考虑了气象因素对林火发生的影响,没有考虑可燃物特性、地形及火源等因素对林火发生的贡献,严重制约了火险的准确预报,且林火预报的空间位置粗略、时效性差,不能满足各级森林防火工作的实际需求。
(2)按照美国国家火险等级系统的可燃物划分标准,基于中国植被图和中国土地利用图绘制了中国可燃物潜在分布图。
(3)基于综合考虑气象、可燃物及地形等影响因素的美国国家火险等级系统(25km),通过调整其内部模块和参数,耦合中国潜在可燃物模型、高精度气象和地形数据,研制出了高分辨率的中国国家火险等级系统(1h,10km×10km)。
(4)以大兴安岭林区为研究示范区,基于高分辨率的中国国家火险等级系统火险指数和森林火灾记录数据建立了森林火险预报方法和林火发生预报模型。新建立的林火预报模型预报准确率都在70%以上,具有较好的预报效果。因此,高分辨率的中国国家火险等级系统具有较好的实用价值,可为我国森林防火与管理工作提供技术支持和示范。
(5)黑龙江省大兴安岭林区的雷击和雷击火时空分布具有一定的规律性。
90%以上的雷电发生在北纬51.5~53.5°和东经122.5~126.1°这一区域,而86%以上的雷击火发生在该区域。平均全年大兴安岭雷电次数和雷击火最多的月份是6月,但5月是雷击火燃烧面积最大的月份。
(6)基于高分辨率的中国国家火险等级系统火险指数、大兴安岭林区闪电定位仪数据和森林雷击火记录数据,建立了综合考虑气象、可燃物、地形及火源等因素的雷击火发生预报模型。该模型对1979~2004年大兴安岭林区雷击火的预报准确率高达87.07%,具有较好的预报能力。