林火发生时间规律探讨和趋势预测

林火发生时间规律探讨和趋势预测 刘祖军 (福建农林大学林学院 刘 健 福建福州350001) 摘要收集延平区近13年来的林火发生的历史数据，了林火发生时间分布规律，并对 该规律成因进行进一步探讨。同时依据灰色系统建模基本理论，在系统分析了延平区森林火灾 发生规律的基础上建立了森林火灾高风险年GM(1，1)预测模型。模型达到较高的精度要求且 *-1"／fl于中长期的预测。预测声苦果显示下两个森林火灾高风险年将出现在2007年和2010年。 关键词森林火灾时间规律灰色系统趋势预测 森林是最大的陆地生态系统，是人类赖于生存的重要环境。森林火灾是森林的天敌，是一种严重的自 然灾害。森林火灾每年烧毁大量的森林资源，不仅造成巨大的经济损失，也严重破坏了人类生存的自然环 境和生态平衡，有时甚至造成灾难性的损失⋯。森林火灾的发生与蔓延受气象、地形地势、植被类型、道 路交通、人口居住密度、国民综合素质等诸多因素的影响而表现出相应的时点规律性。本文以延平区近 13年来的林火发生资料为数据源，统计分析了林火发生的时点规律，并利用灰色系统理论预测今后几年 的森林火灾发生趋势，使人们更加了解林火发生的时间特点，可以为闽北地区的森林防火提供些许参考。 1研究区域概况 延平区地处福建省中北部，位于东经儿7。50’，北纬26。15’一26。5l’之间，东西长83km，南北宽69kin。 境内高山丘陵与盆地交错，垂直高度气候差异明显。土地总面积26．49万hm2，其中林业用地面积20．9 万hm2，占土地总面积的78．9％。该区属中亚热常季风性气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑。该区地处 中亚热带，水热条件好，生物资源丰富，土壤类型以亚热带地带性红壤为主，兼有山地黄壤土，土层厚度1m 以上，水稻土多属于灰泥田、灰沁沙田、黄泥田。该区境内有毛竹面积2．27万hm2，林木蓄积量l321万 m3，毛竹蕴藏量5000多万根，是我国南方主要林区，素有“绿色金库”之称。 2材料与方法 收集南平市延平区1994～2006年的森林火灾统计数据，包括林火种类、林火发生的突出季节、起火原 因等因子。利用EXCEL强大的统计分析功能对基础数据进行分析，找出林火发生的时点规律，并利用灰 色系统CU(1，1)建模理论预测未来几年林火的发展趋势。 3结果与分析 3．1 森林火灾发生时间特点及分析 3．1．1森林火灾年际变化特点及分析 收集了延平区近13年来的火灾分布数据作森林火灾次数分布曲线图(图1)，从图中看出2000年以 前的6a共23起，只占总数的31．5％，而2000年以后的7a共发生50起，占总数的68．5％。虽然进入21 世纪后，随着木材价格上涨，木材市场看好，林业经济效益大幅度提高后林业部I'-]N大了森林防火的软硬 件投资，但森林火灾总体趋势不降反升，这与近几年的气候异常有很大的关系¨1。如2003、2004年整年的 平均气温分别为20．6"12和20．8。C，比其他年份平均高出1．1oC，而相对湿度仅为68％，比其他年份少近 10％，因此火灾的发生频率明显高于其它年份。如果把森林火灾影响看成是由气象因子、防火设施设备、 社会因素和其他偶然因素四种趋势波综合作用叠加而成的话，由于防火设施设备、社会因素等因素年际间 的变化极小，特别是防火设施设备是朝正方向发展的，因此认为影响林火发生频次年段间变化的主要因素 是气象因子。 3．1．2森林火灾月季变化特点及分析 ·62· 万方数据 图1 各年度森林火灾次数分布曲线图 福建省把每年的9月至次年的4月定为森林防火期，主要是考虑本地的气候特征、植物学特性和林农 用火规律等呤J。从延平区的统计资料看，l、2、3三个月共发生54起，占总数的74％，而3月份最甚，共发 生32起，占总数的44％。其他月份除03年7月遇到百年一遇的特大干旱而发生7起外所占比例均很小。 可见对于延平区而言，这三个月，尤其是3月份更应该作为森林防火的重中之重。此时要提高警惕，大力 加强监管力度，防范火灾于未然，消灭火灾于萌芽。造成森林火灾明显季节性变化的主要原因是晴冷少 雨、空气干燥且恰逢农民烧田埂、烧灰积肥等备耕生产最繁忙的季节，生产用火多，还有冬季植物停止生 长，体内含水量底，地上草本植物枯死，森林可燃物增多，稍一疏忽就会跑火而造成森林火灾。 3．1．3森林火灾日间变化特点及分析 把13年来的73起森林火灾按发生时刻分组如下： 表1 不同时点段林火发生次数 时点 次数 0：00—6：00 6：00一10：00 10：00—14：00 14：00—18：00 18：00一24：00 0 0 46 23 4 从上表发现，森林火灾绝大多数发生在10：00—18：00，占总数的94．5％，而在下午18：00后到次日 10：00前几乎不发生火灾，这是因为林火发生与相对湿度、最高气温和人类活动次数等呈正相关，一天之 内，在10：00到l8：00期问，温度最高，林内相对湿度最低，森林可燃物含水量最低，而且人类的经营活动 ·63· 万方数据 都是集中在这一时段，因而形成森林火灾的高发时段。 3．2利用灰色系统GM(1，1)理论进行趋势预测 3．2．1森林火灾灾变GM(1，1)预测模型 森林火灾是一个与时间有关的灰过程，其特征量(林火次数、过火面积等)蕴涵着未来时刻系统变化 的某些信息，可借助灰色系统理论的建模方法建立森林火灾发生的预测模型【41。 3．2．2用异常指数确定森林高火险等级 玉=(A；-A)／S (1) 式中：玉为异常指数；A；为第i年森林火灾指标值；A为火灾指标系列的平均值；S为系列的均方差。 我们规定A。≥0．15为灾变阈值，利用公式计算延平区的火灾异常指数表(表2)，提取异常指数玉≥O．15 对应的年份对应的序号，并由此组成新的数据序列(表3)用于建模。考虑到建模数据少，把A，=0．13也 纳人系列。 ， 表2森林火灾异常指数表 3．2．3森林火灾高风险年预测模型： x(t+1)=(1一e4)[q(1)一]=32．625e0．206072t一29．625(2) 3．2．4预测模型精度验证：当C=0．1828，P=1．0000，相对误差为0．89％，达到一级精度要求，且发展系 数一a总结

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