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森林火灾监测预警预报

/monitoring, warning and forecasting forest fires/
条目作者张朝

张朝

最后更新 2023-08-10
浏览 119
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以先进的计算机、遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术为手段,集地理信息、森林资源信息和防火专题信息为一体,为防火部门进行宏观管理,分析决策服务的多要素、多层次、多功能、多时态的空间信息系统。其目的是实现森林防火指挥快速化、决策科学化、调度室时化和防火信息资源化。

英文名称
monitoring, warning and forecasting forest fires
所属学科
地理学

森林火灾,广义上讲,凡是失去人为控制,在林地内自由蔓延和扩展,对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为都称为森林火灾。狭义上讲,森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。

总体来讲,中国的林火监测技术要比世界发达国家落后。和世界上许多发展中国家一样,在林火监测上,中国主要还是采取3种形式,即地面巡护、近地面监测(瞭望台瞭望和视频监测)和空中巡护。在一些发达国家,新的林火监测技术发展相当迅速,如红外线监测、电视监测、地波雷达监测、雷击火监测、微波监测等。这些新技术的应用,大大提高了林火监测的及时性和准确性。

包括:①卫星遥感。卫星监测已成为全国火情日常业务监测的一种重要技术手段,主要使用的是NOAA,MODIS,以及风云等中低空间分辨率的极轨卫星,其时间分辨率较高。一景图像包括的区域宽,能较好地反映较大区域的状况,但空间分辨率不高;另外,虽然卫星每天可早晚各1次覆盖同一地区,但2次的时间间隔大约在12小时;并且由于云的干扰,实际中并不是每次都能获取到覆盖火场的有效的影像数据;导致在火灾扑救指挥中,指挥员因缺乏对火场状况信息及时了解,带来延误扑火战机或做出不恰当的指挥决策等现象。②航空遥感。航空遥感相对于卫星遥感数据来说,尤其是被广泛关注的无人机具有的机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点,具有对地快速实时巡察监测能力,是一种新型的中低空实时快速获取火情信息的系统,在对车、人无法到达地带的资源环境监测、林火监测及救援指挥等方面具有其独特的优势;但所观测的区域较窄,也缺少有效提取火情信息的技术方法。

面向预警任务的森林火灾一体化监测系统将充分利用大气层外的卫星、平流层的飞艇、高空的飞机以及地面的各种监测网络,形成时空协调、全天候、全天时的对地观测系统。

典型监测技术在不同国家的应用包括:①卫星巡回检测。代表国家为加拿大。②护林飞机和红外遥感火灾预警。代表国家为美国。③红外热成像技术。代表国家为加拿大和日本。④陆地数字化远距离观察系统。代表国家为德国。⑤高山瞭望塔瞭望、飞机巡护和卫星遥感技术监测等多技术融合。代表国家为澳大利亚。

森林火灾预警任务需求通常包括:①点目标观测需求(如对火点、村庄和水源的观测),对应于长度和宽度尺寸较小的观测目标,处于星载相机一次开机后连续扫描能够覆盖的范围之内。②区域目标观测需求(如对燃烧区的观测),对应于宽度较大、不能被星载相机一个视场幅宽覆盖的观测目标。③立体成像观测需求(如对火场情况进行三维立体观测),由于灵巧卫星可通过快速的姿态调整在同轨相近的时间和自然条件下以较高质量对地面给定目标成像2次或3次,因此非常适合于完成立体成像观测任务。④移动目标观测需求(如对火灾蔓延情况的观测),移动目标具有较强时效性,需要较大覆盖范围的资源实施观测,如飞艇和地球同步轨道凝视卫星在其观测范围内可直接实施一次连续监视,而对低轨卫星则需多次协同的观测。

森林火灾预警系统是一个涉及多学科、技术含量高、结构复杂的系统工程,完整的森林火灾预警体系构建,主要涵盖5个功能系统,即森林火灾预测预警系统、森林火灾监测预警系统、森林火灾扑救风险预警系统、森林火灾空气污染预警系统、森林火灾应急疏散预警系统。

中国通行的火险预警模型主要有“国家标准法”和“综合指标法”,前者是林业部防火办1990年10月颁布的全国森林火险等级标准,后者是王正非在聂切洛夫(Hesterov)综合指标法基础上改进的。“综合指标法”通过对大样本历史火情、火灾资料和同期气象数据的对比分析,引入模糊集概念,探讨各种气象要素影响林火发生的特征和临界值,并在此基础上建立森林火灾危险程度的数学模型和确定森林火险等级。森林火险等通常分为5个级别(见表)。

森林火险等级划分及其预报
等级危险程度综合指标火险预警状态处置方式
1一般不着火<300轻微级不预报
2难以着火300~500注意级不预报
3可以着火500~1000警告级预报
4容易着火1000~4000危险级预报
5极易着火>4000极危险级紧急预报

在表中,综合指标计算公式为:


式中为森林火险综合指标;为最后一次降雨后的天数;为前一天下午1时的空气湿度;为前一天下午1时的空气湿度饱和差。

存在的问题包括:①现有预警监测手段与服务仍未形成整体。②卫星遥感技术有待提高。③业务应用系统有待完善。

发展对策包括:①分层次规划构建林火预警监测体系。由于对林火预警监测的范围和程度不同,所需要的设施及技术手段也不尽相同,因此,应分层次规划构建中国的林火预警监测体系,避免森林防火设施建设缺少整体性和盲目性。②加强林火预警监测应用技术研究。未来应结合新的空间信息获取技术(如凝视技术、无线传感器、物联网技术等)和应用处理技术(如网格技术、云计算技术和大数据挖掘技术等)的发展,尤其是与“十二五”和“十三五”将发射的7颗民用高分卫星计划(其空间分辨率可达米级、时间分辨率将可达到分钟级、高光谱分辨率将达到纳米级)、高分航空计划和陆海规划等相结合,开展林火预警监测应用技术研究,解决这些监测平台在林火预警监测中的应用技术,充分发挥新设备在森林防火预警监测中的作用。③加强地面应用处理系统建设。地面应用处理系统是整个林火预警监测技术体系的重要组成部分。地面应用处理系统可根据实际的情况,在中国现有的森林防火应用系统的建设基础上,补充或增加部分功能,以达到资源的优化利用和最小配置。

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