福建省森林火险气象等级精细化预报
中国农业气象(ChineseJournalofAgrometeorology) 2010,31(增1):129-131
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福建省森林火险气象等级精细化预报
王加义,叶光营,李丽纯,徐宗焕,岳辉英
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(1.福建省气象科学研究所,福州 350001;2.福建省闽清县气象局,闽清 350800)
摘要:为提高福建省森林火险气象等级预报精度,降低空报和漏报比例,利用福建省67个气象台站1980-2006年的气象资料,根据修订后的森林火险气象等级预报模式计算森林火险气象等级指数,实现火险气象等级的精细化预报。研究结果表明:(1)森林着火危险度与温度日较差、日蒸发量呈幂函数关系,与日最小相对湿度、降
水量呈指数函数关系。(2)修订后的预报模式能够提高预报结果在时空分布的精度。关键词:森林火险;气象等级;精细化预报
FineMeteorologicalGradeForecastforForestFireRiskinFujian
WANGJia-yi,YEGuang-ying,LILi-chun,XUZong-huan,YUEHui-ying
(1.FujianInstituteofMeteorologicalScience,Fuzhou 350001,China;2.MinqingMeteorologicalBureau,Minqing 350800)
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Abstract:ThestudywasconductedtoimprovethemeteorologicalforecastprecisionandtoreducefalseforecastratioandmissingforecastratioforforestfireriskinFujian.Accordingtothemeteorologicaldataof67weatherstationsfrom1980to2006inFujian,indexesofforestfireriskwerecalculatedbythemeteorologicalgradeforecastmodel.There-fore,thefineforecastforforestfireriskwasdone.Theresultshowedthat(1)theriskratioofforestfirehadpowerfunctionrelationwithdiurnaltemperaturerangeanddailyevaporation,whileexponentialfunctionrelationwithmini-mumdailyrelativehumidityandprecipitation.(2)Theforecastmodelrevisedcouldimprovethespatialprecisionofforecastresults.
Keywords:Forestfirerisk;Meteorologicalgrade;Fineforecast 福建省是南方重点林区省份之一,森林火灾一直是福建省林业生产的重要灾害。近几年由于气候干燥,森林火灾总体呈上升趋势,如何有效防范森林火灾,保护森林资源成为当务之急。大量的研究结果表明,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。气温持续偏高、降水偏少、空气干燥等都是发生森林火灾的有利气象条件。森林火险气象指数正是根据森林火险与气象条件的关系,通过经验或数学拟合得出的结果,用以判定某林区起火的可能性及火灾强度。一般地,火险指数越高,表示发生火
[1]
灾的可能性就越大。目前,福建省以部分气象站点资料建立森林火险气象等级预报模型,根据模型进行森林火险气象等级预报,预报范围以市为单位,预报区域相对较大。因此,高火险气象等级的预报区域比实际范围要大,造成防火所需人力、物力和财力的浪
费;也可能出现低火险气象等级预报区域过大,使局部具有高火险气象等级的县市漏报,不能够及时采取有效防火措施。为提高福建省森林火险气象等级预报精度,降低空报和漏报比例,进行精细化预报方法研究很有必要。1 资料与方法
1.1 气象资料
利用福建省67个气象台站1980-2006年的日平均风速、日降水量(20时-20时)、日最低气温、日最高气温、日最小相对湿度及日蒸发量等地面资料进行火险等级预报。福建省森林防火期为9月-翌年4月,提取防火期时段的气象资料数据,对数据进行归一化处理。1.2 火险气象等级预报模型
[2]
采用王正非等提出的着火危险度概念,着火危险度(I)
*
收稿日期:2009-10-26
基金项目:科技部农业科技成果转化资金项目(2009GB24160500);中国气象局小型业务项目(2012209);福建省气象局开
放式气象科学研究基金项目(2009K01)
(,,,,象。E-mail:cnwjy.com
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中 国 农 业 气 象第31卷
I=N/M(1)
式中,N为同一级气象因子内发生林火的次数;M为气象因子在某一级内出现的次数。李兆明等
[3]
出的着火危险度与当日的温度日较差、日蒸发量呈幂
b
函数(I=ax)递增关系,而与日最小相对湿度、降水量因子呈指数函数(I=ae)递减关系。本文通过分析着火危险度与上述4个因子的关系,建立着火危险度的预报方程。见表1。
-bx
利用林火和气象资料,分组计算温度日较差、日蒸发
[4]
量、降水量等气象因子的着火危险度,杨美和等提
表1 着火危险度与气象因子的关系分析
气象因子
最小相对湿度(A)日蒸发量(M)温度日较差(ΔT)雨量等级(R)
方程式
-6.3214A
I=17.4511e1.4106I=0.1895M1.2179I=0.1184(ΔT)-0.1311RI=4.2952e
相关系数-0.98390.95270.8410-0.7811
F值181.578.5819.3314.08
F0.01值12.210.610.610.0
自由度
79910
显著程度极显著极显著极显著极显著
注:雨量等级(R)采用因子编序法,是据降水量的大小和无雨天数的序号分组的编码统计[5]。
采用综合评判方法y=∑I,将上述影响森林i火灾着火危险度的4个气象因子的着火危险度总和,作为福建森林火险气象等级指数,其数学表达式为
-6.3214A-0.1311R1.4106
y=17.4511e+4.2952e+0.1895M
+0.1184(ΔT)
1.2179
[6]
次日气象要素值,即次日最小相对湿度(A、次日雨n)量等级(R、次日温度日较差(ΔT、次日蒸发量n)n)(M。n)
次日最小相对湿度(An)
AAARAA+AFn=0+1×n+2×3×
(3)
当A≤30时,AA。n=式中,A为当日最小相对湿度,F为当日平均风速,A0、A1、A2、A3为系数。
次日雨量等级(R根据次日降水量的大小和无n)雨天数的序号分组编码统计,见表2。
(2)
根据式(2)的预报模式进行次日森林火险气象
等级预报。
1.3 模式因子的计算
进行次日森林火险气象等级预报,首先要计算次日相关的气象要素值,由式(2)可看出,需要确定4个
表2 次日降水量大小和无雨天数的序号分组编码
无雨日数(d)
≥5
雨量等级
41
32
23
14
当天无雨
5
0.1~16
1.1~27
次日降水量(mm)
2.1~38
3.1~49
4以上10
次日温度日较差(ΔT为日最高和最低气温预n)报值之差。
次日蒸发量(Mn)MCCM+CRn=0+1×2×n
式中,M为当日蒸发量,C0、C1、C2为系数。当日蒸发量(M)M=BBΔT+BA0+1×2×式中,B0、B1、B2为系数。
(5)(4)
1.4 森林火险气象等级的确定
以1980-2006年森林防火期内,浦城、南平、永安、上杭、漳平、德化、福州、福鼎、仙游、闽侯等10个站逐日气象要素,按照式(2)计算逐日森林火险气象等级指数。应用数理统计方法,求算平均值和标准差,根据统计结果将福建森林火险气象等级划分为5个等级。见表3。
表3 森林火险气象等级
火险等级
ⅠⅡⅢⅣⅤ
等级指标值
危险程度没有危险很少危险中等危险高度危险极度危险
一般不发生森林火灾,野外用火可以进行
很少发生森林火灾,野外用火可进行,但要注意安全
较容易发生森林火灾,进行火险气象等级预报,做好防火宣传和野外用火审批工作容易发生森林火灾,进行火险气象等级预报,停止一切野外用火,做好扑火准备极易发生森林火灾,发布森林火险警报,严禁一切野外用火,扑火队伍待命出发
采取措施
增刊1王加义等:福建省森林火险气象等级精细化预报
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2 结果与分析
对全省67个气象台站资料进行回归分析,建立1-4月和9-12月森林防火期共8个月各气象台站的次日最小相对湿度、当日蒸发量、次日蒸发量模式各536个。所有模式均通过F0.01检验,关系极显著。2.1 地域精细化
表4是原森林火险气象等级模式计算参加的县市与本研究所采用的县市对比表,从表4中可以看出,本研究无论从县站选取的数量上,还是地域分布精度上
都要比原来更加精细。由于采用常规地面气象观测资料,原来森林火险气象等级预报仅能对部分县市的气象资料根据预报模式进行火险气象等级的计算,之后进行加权平均作为市级火险气象等级预报结果,造成只能预报市一级的森林火险气象等级,预报范围较大,无法满足实际需要。本研究采用自动站资料,可对所有县站按照预报模式进行火险气象等级计算,既可以进行单县的火险气象等级预报,实现预报范围的精细化,也能提高市级火险气象等级预报的准确性。
表4 参加森林火险气象等级模式计算的县市归纳
预报区域南平三明龙岩宁德福州莆田泉州厦门漳州
原参加模式计算的县市(数量)浦城、武夷山、邵武、建瓯、南平(5)泰宁、永安、尤溪(3)长汀、上杭、漳平(3)寿宁、福鼎、宁德、古田(4)福州、平潭(2)莆田(1)
德化、惠安、九仙山、安溪(4)厦门(1)
漳州、平和、东山(3)
本研究参加模式计算的县市(数量)
光泽、邵武、武夷山、浦城、建阳、松溪、政和、建瓯、顺昌、南平(10)明溪、沙县、三明、尤溪、永安、大田、宁化、清流、泰宁、将乐、建宁(11)龙岩、漳平、永定、上杭、长汀、连城、武平(7)
寿宁、周宁、福安、柘荣、古田、宁德、屏南、福鼎、霞浦(9)闽清、闽侯、罗源、福州、连江、长乐、福清、平潭、永泰(9)莆田、仙游(2)
安溪、九仙山、永春、德化、惠安、晋江、南安(7)厦门、同安(2)
漳州、龙海、漳浦、诏安、东山、云霄、长泰、南靖、平和、华安(10)
2.2 火险气象等级预报模式中4个因子的精细化本研究建立了各气象台站的蒸发量与同一站点
气象要素的关系模式,弥补了原来只根据福州单站资料计算其它各站蒸发量的不足。由于观测时间限制,原预报模式中只能将14点相对湿度的观测值做为日最小相对湿度。针对这一情况,本研究采用最近24h整点自动站资料中的最小相对湿度,并选取最小值做为模式中的日最小相对湿度,达到预报要素精细化的目的。对于预报模式中的温差、雨量等级因子采取加大样本量,重新确定因子计算模式的方法,来提高其精细化程度。
2.3 火险气象等级预报结果对比分析
选取具有代表性的2009年3月15日资料做为预报值,2009年3月16日资料为实际值,分别利用原预报方法和本研究模型对这两日资料进行计算,利用实际值对预报值进行检验。结果发现利用原预报方法的预测值普遍低于实际值,造成这一结果的原因可能是由于原预报方法中最小相对湿度的取值出现偏差。利用本研究模型得到的预测值与原方法计算得到的实际值相比较,火险气象等级既有升高也有降低的情况,分析后认为,一是由于参与加权计算的台站增多,二是因为参与模式计算的因子选值密度加大造成的。运用本研究模型计算的预测值与实际值比较该是雨量等级这一人为判断要素的判断结果所造成。见表5。
表5 不同方法的预测与实际结果比较
预报方法
(月.日)3.153.163.153.16
原模式原模式本研究本研究
日期
森林火险气象等级
南平三明龙岩漳州厦门泉州莆田福州宁德3555
4555
4455
3444
3334
3444
3344
3434
3444
3 结论
(1)通过数理统计方法得出,森林着火危险度与日最小相对湿度、日蒸发量、温度日较差、降水量关系极为显著。森林着火危险度与温度日较差、日蒸发量呈幂函数递增关系,与日最小相对湿度、降水量呈指数函数递减关系。
(2)研究显示,次日最小相对湿度与次日雨量等级、当日最小相对湿度存在正相关;与当日平均风速存在负或无相关关系。当日蒸发量与当日最小相对湿度为负相关;与温差多为正相关关系。次日蒸发量与当日蒸发量为正相关,与次日雨量等级为负相关关系。
(3)采用自动站资料,扩大样本数,能够提高森林火险预报精度。基于着火危险度的火险气象等级
(下转第120页)
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中 国 农 业 气 象第31卷
2.2.3 台风起止位置选择
台风经过的关键点,对台风后期的走向有很大关系。选择了“起止位置选择”按钮后,显示台风底图,用鼠标左键选择起始位置、用鼠标右键选择终止位置,选择结果在“起止位置选择”按钮下显示,误差范围也可以选择(默认为1个纬距),如图4。2.2.4 台风的中心强度、中心风速选择
台风的中心强度、中心风速对台风的移向影响非常大,其下的文本框可以输入台风最低气压和最大风速的出现范围。
2.2.5 查找相似台风
以上各种条件可以独立选择,也可以组合选择。点击“查相似”台风按钮后,即可查得所有符合条件的台风。结果将台风路径画在台风底图上和以表格形式给出。如果查到的台风个数超过40个,表格将显示不下,在最末1行提示(后面的没有列上,但在图上画出路径结果),实际上多于40个个例也不利于分析共同点。调整误差、范围后,重新查找即可,图4为时间选择1949-2007年,每年6月30日-9月15日时段,且经过27.3N、123.2E,21.9N、129.9E的所有台风,有7个台风符合要求。
3 结果与应用
本系统通过关键字关联后,各项功能都能在几秒钟内实现,即使查找分析近2000个台风个例也在10s内完成,速度非常快。
3.1 查找相似历史台风
本系统可以任意组合条件:时间选择、登陆地点
选择、起止位置选择、中心强度选择、中心风力选择,
来挑选相似台风,并以图形和表格形式表示,还可以打印输出。
3.2 查询历史台风的路径、雨量分布、灾害情况
本系统可以查询每个历史台风的路径、雨量分布、灾害情况。结合上面的相似台风查找,可以预测本次台风的未来走向,如在0908“莫拉克”台风的预报服务中,8月5日8时查得与9015、9417、9711、0216号台风相似,6日8时查得与9015、9711号台风相似,该两台风雨量中心均在仙居东南部,雨量为本站的2倍以上。实况量级及分布都极其相似。使分析汇报更显形象、明确,理由充足,为防台减灾提供了科学依据。3.3 查询历史上任意1天的雨量分布情况
在影响台风的逐日雨量查询功能中,直接输入某天的年月日,就可以查询该天各雨量站点的雨量情况,及在县内的分布。鼠标左击某雨量站附近,鼠标处可以显示该雨量站的名称、雨量值,了解历史上仙居各流域面的雨量和灾害分布特点。参考文献:
[1]中国气象局.台风业务和服务规定[M].北京:气象出版
社,2001:3-5,68-76.
[2]陈俊源.VisualBasic数据库编程[M].北京:清华大学出版
社,1998:84-179.
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电出版社,1998:304-339.
[4]许清荣,买大诚.VisualBasic2005程序设计[M].北京:清
华大学出版社,2006:190-574.
(上接第131页)
预报模型,可对预报的行政区域进行细化处理,能够实现福建省森林火险气象等级精细化预报。参考文献:
[1]牛若芸,翟盘茂,佘万明.森林火险气象指数的应用研究
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[2]王正非,朱廷曜,朱劲伟,等.森林气象学[M].北京:中国
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