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Study on Forest Fire Danger Forecast System and Its Operation in China

全国森林火险预报系统的研究与运行


The methodology on forest fire danger forecast system of national level and daily operation of the system was discussed. The system determined prediction model and method according to forest fire danger rating and fire danger indexes defined by related professional standards of forestry. The system obtains daily collection of meteorological observation dataset and information of digital weather forecast through the network. It also obtained daily weather observation data and observed data of fire danger factors on key areas through network. It thus concluded the weather forecast of national forest fire danger and forest fire danger forecast within future 24 hours and 48 hours, under the support of basic databases and after colligated processing and analysis of various data on GIS software platform. The forecast results have been daily promulgated through special forestry network and were published 4 times a week through China Central Television Program (CCTV2).


全 文 :第 ws卷 第 v期
u s s w年 x 月
林 业 科 学
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∂²¯1ws o‘²1v
¤¼ou s s w
全国森林火险预报系统的研究与运行
易浩若 纪 平 覃先林
k中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 tsss|tl
关键词 } 森林火险预报 o森林防火 o运行系统
中图分类号 }≥zyu1u 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsv p susv p sx
收稿日期 }ussu p s| p tv ∀
tl ≥·²¦®¶… q≤¤±¤§¬¤± ƒ²µ¨¶·ƒ¬µ¨ ⁄¤±ª¨µµ¤·¬±ª≥¼¶·¨° q≤¤±¤§¬¤ƒ²µ¨¶·≥¨ µ√¬¦¨ ot|{z
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wl 易浩若 q信息技术推进森林防火现代化 q海峡两岸森林保育研讨会论文集 o台湾中华林学会 ot|||
Στυδψ ον Φορεστ Φιρε ∆ανγερ Φορεχαστ Σψστεµ ανδ Ιτσ Οπερατιον ιν Χηινα
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k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Ρεσουρχε Ινφορµατιον ΤεχηνιθυεσoΧΑΦ Βειϕινγtsss|tl
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Κεψ ωορδσ} ƒ²µ¨¶·©¬µ¨ §¤±ª¨µ³µ¨§¬¦·¬²±oƒ²µ¨¶·©¬µ¨ ³µ¨√¨ ±·¬²±o’³¨µ¤·¬²±¶¼¶·¨°
森林火险预报对于加强森林防火工作 o保护森林资源有重要的意义 ∀当前我国各级气象部门发布的森
林火险天气预报和一些地区发布的森林火险预报的空间位置较粗略 !时效性较差 o不能满足各级森林防火工
作的实际需求 ∀作者引入信息技术 o在网络和 ŠŒ≥平台上建立森林火险预报系统 o试图解决这一问题 ∀
森林火险预报的技术发展和实际应用已有近 {s年的历史 ∀加拿大学者自 us世纪 us年代末就开始了
火烧试验和森林火险预报方法的研究 o并于 t|{z年形成了/加拿大森林火险等级系统tl0 ∀加拿大各地的防
火中心根据该系统的预报结果 o及时调配巡护飞机 !索降扑火队等防火力量 o实现了对林火的科学 !主动预
防 ∀近年来 o加拿大学者仍在对该系统进行开发和完善 ∀美国于 t|z{年形成了/国家森林火险预报系统ul0 o
并在经历了 ts年的实际应用后 o于 t|{{年进行了修订vl ∀该系统是全美日常森林防火指挥的一项重要依
据 ∀
我国的林火学家自 us世纪 xs年代以来 o对森林火险预报方法进行了诸多的研究k宋志杰 ot||t ~邸学颖
等 ot||v ~王瑞君等 ot||zl ∀这些成果揭示了我国的森林植被条件下的林火发生和火险预报的规律 o是我们
研究和开发全国森林火险预报系统的技术基础 ∀同时 o由于在研究的地域尺度上的差异和输入因子可获取
性的要求不同等原因 o这些成果尚不能直接应用于作者研制的系统 ∀
近年来 o随着计算机软件与数据库 !网络与数据通信 !ŠŒ≥ !遥感等信息技术的高速发展和应用的普及 o我
国林火研究的学者们已注意到应用信息技术推进森林防火科学和技术的发展的必然趋势wlk王栋 ot||y ~徐莉
等 ot||z ~舒立福等 ot||{l ∀本文以黑龙江省帽儿山 !带岭林业局 !松岭林业局 !内蒙古根河林业局 !乌尔旗汗
林业局和广西热林中心为实验区 o先后开展了观测 !试验 ~开展了在信息技术平台上建立全国森林火险预报
系统的技术的研究 o构建了一个运行系统 o并开展了业务化的运行 ∀
1 全国森林火险预报系统的研究
森林火险预报系统的研究涉及到森林火险预报方法 !ŠŒ≥与数据库 !网络技术 !系统集成等多个学科领
域 ∀森林火险预报系统的建立需要解决的关键技术是 }森林火险预报方法 ~森林火险预报所需要的地理要素
等静态数据 !可燃物变化等动态数据和天气变化等实时数据的获取方法 ~运行系统的构建与集成 ∀
t1t 全国森林火险预报系统的目标 全国森林火险预报系统的目标是 }ktl 发布全国森林火险短期预报 ∀
即在森林防火期内 o每日发布未来 uw «和 w{ «的县级森林火险预报 ~kul发布全国森林火险中期预报 ∀即在
森林防火期内 o每周发布未来 z §的县级森林火险预报 ~kvl发布森林火险警报 o即当高火险出现时 o发布区
域性森林火险警报 ∀由于目标ktl对于森林防火的极端重要性及其实现此目标的技术是整个系统的基础的
和核心的技术 o故近年来作者以此为主要的研究内容 ∀
t1u 我国森林火险的标准和规范 原林业部于 t||x年 tu月 t日颁布实施了中华人民共和国林业行业标准
5全国森林火险天气等级6 o该文本规定了全国森林火险天气等级的标准 o即根据森林防火期每日的最高空气
温度 !最小相对湿度 !前期降水量及连续无降水日数 !最大风力等级和绿色覆盖Π雪覆盖等 x个主要因子 o规
定了森林火险天气等级是由最低 t级至最高 x级 ∀该标准是中国各地当日森林火险天气等级实况的评定和
森林火险天气等级预报准确率的事后评价的依据 ∀
/森林火险等级0和/森林火险天气等级0的区别是 }前者根据森林可燃物和气象因子这两方面的影响 o来
决定火险等级 o比较贴近发生林火的危险性 ~后者仅根据气象因子来决定火险等级 o没有考虑森林可燃物对
发生林火的危险性的贡献 ∀由于国家尚未发布关于/森林火险等级0的标准 o在本研究中定义了森林火险的
/可燃性指数0和/蔓延性指数0 ∀可燃性指数主要由细小可燃物的含水率得出 o蔓延性指数主要由可燃物的
种类 !生长状况和载量得出 ∀
考虑到与5全国森林火险天气等级6标准的一致性 o对森林火险的等级作出规定k表 tl ∀
表 1 森林火险的等级
Ταβ . 1 Ρατεσ οφ Φορεστ Φιρε ∆ανγερ
等级 •¤·¬±ª 危险程度 ⁄¤±ª¨µ⁄¨ ªµ¨¨ 可燃性 ≤²°¥∏¶·¬¥¬¯¬·¼ 蔓延性 ≥³µ¨¤§¤¥¯¨
t级 ¨√¨ ¯ t 没有危险 ‘²± 不能燃烧 ‘²± 不能蔓延 ‘²±
u级 ¨√¨ ¯ u 低度危险 ²º 难以燃烧 ⁄¬©©¬¦∏¯· 难以蔓延 ⁄¬©©¬¦∏¯·
v级 ¨√¨ ¯ v 中度危险 ¬§ 较易燃烧 ¨¶¶ ¤¨¶¼ 较易蔓延 ¨¶¶ ¤¨¶¼
w级 ¨√¨ ¯ w 高度危险 ‹¬ª« 容易燃烧 ∞¤¶¼ 容易蔓延 ∞¤¶¼
x级 ¨√¨ ¯ x 极度危险 ∞¬·q«¬ª« 极易燃烧 ∞¬·q∞¤¶¼ 极易蔓延 ∞¬·q ¤¨¶¼
t1v 方法的研究与实现 森林火险预报方法 该系统的森林火险预报方法不仅要能够较好地得出各地的
森林火险实况 o而且需要其输入因子易于获得 ∀经试验 o预报方法是 }第 t步 o根据/全国森林火险天气等级0
标准 o由气象预报数据计算出各个因子产生的加权值 ~第 u步 o由实验区报来的可燃物萌发Π枯萎 !细小可燃
物含水状况等森林火险因子的观测数据和日温度 !湿度 !风力 !降水等气象观测数据 o计算出这些典型地区的
森林火险的可燃性指数和蔓延性指数的加权值 ~第 v步 o根据由气象因子推算可燃物的含水率的方法k覃先
林等 ousstl o用气象预报数据计算出各地的可燃性指数和蔓延性指数的加权值 ∀第 u步和第 v步相互校正 !
相互补充 ∀第 w步 o根据计算出的各因子的加权值的算术和 o确定各地的森林火险等级的值 ∀
基础数据库的建立 在 ŠŒ≥软件平台上建立森林火险预报的基础数据库 ∀它们主要是静态数据 o包括 }
ktl全国的 tΒtss万地理要素数据库 o包含森林分布 !行政边界 !高程等 ~kul历史森林火险数据 o包含各地的
历史林火统计 !历史森林火险记录 !历史森林火险天气资料 !历史森林火险因子记录等 ∀
这些历史数据是导出预报方法和分析预报结果的基础 ~地理数据是计算和得出预报结果的支撑平台 ∀
实时气象数据的获取方法 实时气象数据包括两种 }全国的数据和实验区的典型数据 ∀其中 o全国的数
据由气象业务网获取 ∀作者以技术合作方式得到气象业务网的使用权 ∀以用户身份登录气象业务网 o下载
相关数据文件 ~对这些文件进行解码 o格式转换 o导入实时气象数据库 ∀需要的数据是每日数次地获取全国
各气象观测台站的气象观测数据和每日获取全国未来 uw «和 w{ «的数值天气预报数据 o包括 }气温 !相对湿
wsu 林 业 科 学 ws卷
度 !风力风向 !降水量等 ∀实验区的典型数据经互联网传送到运行系统 o并导入数据库 ∀每日获取实验区的
典型气象观测数据 o包括 }预先设置的固定点的气温 !相对湿度 !风力风向 !降水量等 ∀这些数据是森林火险
日变化的主要依据 ∀
可燃物动态数据的获取方法 可燃物动态数据包括两种 }全国的数据和实验区的典型数据 ∀其中 o全国
的数据由遥感数据得出 ∀每 ts ∗ tx §获取 t次全国的植被分布 !植被长势的分级数据及雪覆盖的数据 o并与
遥感本底数据进行对比分析 ∀这些数据由中国林科院的 ‘’„„接收站获取 ∀这些遥感数据经植被Π雪的信
息提取 !分级 o投映变换处理 o并与地理数据配准 ∀实验区的典型数据经互联网传送到运行系统 o并导入数据
库 ∀每日获取实验区的森林火险因子的观测数据 o包括 o预先选定的固定点的细小可燃物含水率数据 !活可
燃物的生长状况数据等 ∀两种数据相互校正 !相互补充 o是森林火险地域变化和时段变化的主要依据 ∀
t1w 全国森林火险预报系统的构建 森林火险预报系统建立在网络和 ŠŒ≥软件平台上 ∀森林火险预报系
统的组成与原理见图 t ∀运行系统的硬件平台主要由 u台工作站组成 ∀其中 o一台加载系统运行模块和各
类数据库 o并根据各种输入数据计算得出预报结果 ∀另一台挂在网络上 o承担各类数据的收集 !处理和结果
的发布 ∀它收集处理的数据包括气象数据 !遥感数据和实验区的数据等 ∀这两台工作站与多台笔记本电脑
和台式机组成一个工作组网络 ∀根据 ussu年上半年的市场情况 o工作站的配置应不低于奔腾 ¶ o主频  t
Š o内存 ∴uxy …o硬盘 ∴ys Š…∀
运行系统的软件平台主要由数据库软件 ’µ¤¦¯¨!ŠŒ≥软件 Š¨ ² §¨¬¤°µ²©¨¶¶¬²±¤¯ !图像处理软件和自行开发
的运行程序组成 ∀
图 t 全国森林火险预报系统的组成与原理
ƒ¬ªqt ≥·µ∏¦·∏µ¨ ¤±§³µ¬±¦¬³¯¨²©·«¨ ±¤·¬²±¤¯ ©²µ¨¶·©¬µ¨ §¤±ª¨µ©²µ¨¦¤¶·¶¼¶·¨°
xsu 第 v期 易浩若等 }全国森林火险预报系统的研究与运行
2 全国森林火险预报系统的运行
在森林防火期内 o森林火险预报系统每日经由气象业务网获取所需的气象观测数据和数值天气预报的
数据 o经由互联网获取各实验区的火险因子观测数据和典型气象数据 o在森林火险预报基础数据库的支持
下 o得出森林火险预报的结果 ∀
u1t 全国森林火险预报系统的运行 全国森林火险预报系统于 t|||年春季防火期kv月至 y月l和秋季防
火期k|月至 tt月l开展了业务运行 ∀每日 ty时报出以县为单位的未来 uw «的全国森林火险预报 ∀见图 u
k国家林业局森林防火办公室发布 ot|||年 w月 w日 twΒss ) w月 x日 tw }ss ~原图是彩色 o由 ≤≤×∂u播出l ∀
图 u 全国森林火险短期预报结果图
ƒ¬ªqu °µ¨§¬¦·¬²± µ¨¶∏¯·²©·«¨ ±¤·¬²±¤¯ ©²µ¨¶·©¬µ¨ §¤±ª¨µ
u1u 全国森林火险预报结果的发布 把全国森林火险预
报的结果迅速传递给各级森林防火部门及社会公众是发
挥其作用的关键环节 ∀各地及时得到火险预报 o得以提
前采取针对性的防范措施 o以减少火灾的发生 o尤其是在
出现高火险时 o更加需要及时地发布预报 ∀
全国森林火险预报的结果由两种渠道发布 }一 o每日
定时把结果经由网络发送到国家林业局林火信息网 o该
网覆盖全国的地k市l级森林防火部门 ~二 o每周 u次k星
期二 !星期四l定时把结果经由网络发送到中央电视台 o
由第二套节目k≤≤×∂ul播出 o并于次日分别重播一次 ∀
u1v 全国森林火险预报的空间精度的提高 该系统是一
个国家级的系统 o不同于基层的应用系统 o其空间精度不
宜太高 o也不可能太高 ∀但是 o以县级为单位的预报结果
至少存在两个问题 }一 o森林火险等级的地域差异实际上
与局地的地理差异相关 o而与县级行政境界未必一致 ~
二 o同一个县的范围内森林火险等级未必相同 o以县级为
单位的预报对基层的森林防火的指导作用尚有欠缺 ∀
针对这一不足 o作者在 t|||年的业务运行之后进行
了改进 ∀将由气象业务网获取的气象数据改为天气数值预报数据 o该数据以 tx ®° ≅ tx ®°的空间分辨率覆
盖全国 ∀这就使得全国的气象预报不再是点状的 o而是 tx ®° ≅ tx ®°面状的 ∀从根本上消除了以行政区划
分届带来的数据不够精确的弊端 o实现了全国范围的均衡预报 ∀用该方法生成的全国森林火险预报结果图
上的每一个点具有优于 tx ®° ≅ tx ®°的空间分辨率 ∀
u1w 全国森林火险预报结果的准确性 全国森林火险预报的结果的准确性是该系统的生命 ∀预报结果的
准确性应该由其空间区域的准确性和时间段的准确性来共同描述 ∀全面验证全国森林火险预报系统的准确
性本身就是一件非常繁琐和耗费人力物力的工程 ∀对于结果的准确性分析如下 ∀
气象数据是森林火险等级日变化的主要因素 ∀气象数据导致预报结果的误差的原因主要是两方面 ∀其
一 o数值天气预报的准确性 ∀其二 o实验区的典型气象数据一般由县气象台提供 o而县气象台所处位置与林
区的气象条件一般都会存在一些差异 ∀本系统根据森林可燃物和气象因子两种数据计算出森林火险的等
级 ∀由于森林可燃物的含水率等因子的变化是前期多日的气象状况累积作用的结果 o因而能够在一定程度
上抵消数值天气预报所导致的误差 o有利于结果准确性的改善 ∀
遥感数据是森林火险地域变化和时段变化的主要依据 ∀由于 ‘’„„2„∂ ‹• • 传感器本身探测能力的限
制 o所得到的植被分布和分级的现势数据的准确性也受到限制 ∀遥感数据的应用使本系统具有快速 !实用的
特点 o同时也引入了误差 ∀
作者设计了一种简单 !实用的评估结果的准确性的方法 ∀选择试验区 o逐日记录该区域的森林火险预报
的结果和发生的各类林火 ∀从统计结果上看 o若预报的准确性高 o则应该是 }ktl在预报火险是 t级和Π或 u
级的时段 o几乎无林火发生 ∀kul在预报火险是 v级和Π或 v级以上的时段 o有林火发生 ∀并且 o多数林火发
ysu 林 业 科 学 ws卷
生在预报火险是 w ∗ x级的时段 ∀反之 o违背上述条件的林火次数越多 o预报结果的准确性就越差 ∀
3 讨论
全国森林火险预报的时效性 森林火险预报是一种动态的结果 o快速 !及时是首要条件 ∀因此 o在预报
方法的选用 !数据类别及其采集方法的确定 !系统的设计等各方面都要满足时间的要求 o必需快速得出结果 o
定时发布结果 o让各级森林防火部门和社会公众及时收到预报 ∀该系统的各类输入数据中 o最迟到达的是由
气象业务网获取的全国 yss多个气象台站当日 tw时的观测数据 o而预报结果于当日 ty时在网上发出 ∀由
t|||年的业务运行证明 o该系统的时效性是能够满足森林防火业务需求的 ∀
全国森林火险中期预报和区域性高火险警报 定期提交森林火险中期预报k未来 t周的火险预报l和适
时发布区域性高火险警报 o对于国家级和区域级的森林防火工作的指导作用很大 ∀中期预报将较多地依赖
于同期全国范围的天气预报 o该研究应更多地与气象专家合作进行 ∀高火险警报将较多地依赖于当地森林
植被的状况和是否有灾难性的天气过程的出现 o该研究应更多地与森林植被专家 !遥感专家合作进行 ∀
参 考 文 献
邸雪颖 o王宏良 q林火预测预报 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 ot||v
覃先林 o张子辉 o易浩若等 q一种预测森林可燃物含水率的方法 q火灾科学 ousst okvl }tx| p tyu
舒立福 o向安民 o田晓瑞等 qv≥集成技术在林火管理中的应用研究 q火灾科学 ot||{ oktl }wy p xt
宋志杰 q林火原理和林火预报 o北京 }气象出版社 ot||t
徐 莉 o王海晖 o王清安等 q超媒体技术对森林防火管理系统的支持 q火灾科学 ot||z oktl }xw p x|
王 栋 q北美林火管理的信息革命 q森林防火 ot||y oktl }y p {
王瑞君 o于建军 o郑春艳等 q森林可燃物含水率预测及燃烧性等级划分 q森林防火 ot||z okul }ty p t{
中华人民共和国林业部 q全国森林火险天气等级 ≠Π× ttzu p |x q北京 }中国标准出版社 ot||y
中国林业出版社 ussw年书目ktl
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