森林火灾重灾年景是大空间尺度范围内森林火灾致灾潜力年际变化过程中间歇出现的一种具有高致灾潜力的年份。这种年份虽然为数不多, 一般约占历史年数的25%~30%, 但所造成的损失却可高达历史森林火灾总损失的80%~90% (王述洋, 1993)。因此, 研究和探索森林火灾重灾年景成因规律及预测技术, 对有效地预防和控制森林火灾危害和损失, 具有特别重要的意义。

随着自然灾害成因、规律与全球变化研究的不断深化, 海温异常(sea surface temperature abnormality, SSTA)变化诱发某些灾异的可能性及其可能机制的研究日益受到人们的关注。近十几年来国内外研究表明, 全球变化的许多问题与海温异常变化息息相关。海温异常变化不但对全球气候异常变化有显著影响, 而且也是诱发许多自然灾害或强化其致灾潜力的主要因素之一(朝仓正, 1991; 任振球, 1990; 郭增建, 1992; 赵振国, 1996)。黑龙江林区的森林火灾重灾年也有多发生在地球自转速度显著减慢、北太平洋海温异常时段的倾向(王述洋, 1993), 且具有与南方涛动指数SOI持续负值期相伴随之规律, 重灾年的当年SOI异常度值在1.78~2.63之间(王述洋, 1994)。然而, 森林火灾重灾年景的形成是否确与SSTA有关, 能否从中找出有价值的海温因子用于辨识未来年、季的森林火灾活动水平和致灾潜力, 尚未得到详细研究。为研究和揭示森林火灾重灾年景的成因、规律, 本文对我国重点森林火灾区黑龙江林区的森林火灾重灾年景与北太平洋SSTA的关系进行了研究, 得出许多有参考价值的结果。

1 数据来源及分析方法 1.1 数据来源

1951~1990年北太平洋海温逐年逐月数据由中国国家海洋环境预报研究中心提供; 黑龙江林区1951~1990年的森林火灾统计数据由黑龙江省政府森林防火指挥部提供。

1.2 分析方法

采用异常度分析法计算森林火灾重灾年当年各月及前后各3 a逐月海温异常度指数。异常度分析法是探测重大自然灾害现象及其可能原因的有效方法, 我国海-气研究专家解思梅和日本海-气专家高桥先生曾多次用该法研究台风、海冰等自然灾害和异常地球物理现象的成因(解思梅, 1986)。异常度分析方法简介如下:

1.2.1 关键年选择

取年森林火灾严重度[hm²· (a·次) ^-1]和年森林火灾面积(annual area burned, AAB)都超过其多年平均值的突出年份为关键年, 用ζ标记, 并控制所选的关键年总数4≤m≤1/3统计年数(n), 经综合考虑确定出关键年。

黑龙江林区1951~1990年森林火灾历年AAB曲线如图 1所示, 历年年森林火灾严重度见图 2。经综合分析, 选出4个最有代表性的森林火灾重灾关键年, 具体年代分别为1966、1972、1977、1987年。

1.2.2 异常度求算

设欲分析的某一环境因子X~N (α, σ²), 其时间序列为X={x₁, x₂, ……x_i, x_n}, 则该因子在关键年当年(ζ)、关键年前1 a (ζ-1)及后1 a (ζ+1)的异常度Q_ζ、Q_ζ-1、Q_ζ+1分别由下式计算(前2 a、前3 a和后2 a、后3 a的异常度计算依此类推) :

(1)

(2)

(3)

式中, Q_ζ、Q_ζ-1和Q_ζ+1分别为关键年及前1 a和后1 a的异常度指数; X_ζ、X_ζ-1、X_ζ+1分别表示关键年及关键年前1 a和关键年后1 a因子样本均值; X为该因子多年均值; ε为标准误差。具体求法如下:

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中, n为统计年数; m为关键年数, 一般4≤m«n; s为因子时间序列值的标准差。

运用公式(1)、(3)分别计算关键年、关键年前1 a和后1 a的异常度值Q_ζ、Q_ζ-1和Q_ζ+1, 若|Q|≥1.5或2.0, 则说明该统计值是有意义的, 信度分别可达93%和97%。

2 结果及讨论 2.1 异常度分析结果

运用异常度分析法计算、分析了海温异常变化对森林火灾年际活动的影响。分别将关键年及前后各3 a历月海温数据代入上述异常度指数计算公式, 得出森林火灾重灾(关键)年及前后各3 a海温异常变化的异常度分析结果及异常度指数在关键年及前后各3 a的历月分布规律, 详见表 1-1及1-3。

2.2 异常度分析结果讨论

由图 3和表 1可以看出, 黑龙江林区森林火灾重灾年前期-3 a的SST异常度变化不明显; 自前3 a2月至前1 a 3~4月, 异常度指数持续为负, 海温处于负距平阶段, 前2 a全年异常度指数为-1.98, 其中, 从前2 a 5~12月至前1 a 1~2月, 异常度指数绝对值均大于1.50, 信度在93%以上, 为显著负异常阶段, 此后异常度指数大于零, 海温转而进入升高阶段, 在前1 a的10~12月到重灾年关键年当年的1~3月持续为正距平, 在当年的1、3和6~11月异常度指数大于1.50, 意味着海温异常增温显著; 关键年后1 a的1~3月份SST异常值仍较大。整个异常度曲线形似一个“倒置的马鞍型”, 重灾年景当年异常度指数达到+2.12 (> 2.0, 信度为97%以上)。

这一结果意味着中国黑龙江林区森林火灾重灾年景的形成与北太平洋海温持续正距平密切相关、基本同步; 与前期(-2 a)海洋温度负相关, 即以-2 a的异常度指数小于-1.50为背景。也就是说, 如果前2 a北太平洋海温异常度指数持续小于-1.50, 前1 a异常度指数由“-”变“+”, 且有继续保持升温趋势时, 则黑龙江林区当年很有可能会发生森林火灾重灾年现象。当然, 上述海温异常及其规律并不是造成黑龙江林区森林火灾重灾年现象的唯一原因(王述洋, 1993)。

3 结论

黑龙江林区森林火灾重灾年前期自-3 a 2月至-1 a 3~4月, 异常度指数持续为负, 太平洋赤道附近海域(10°S~10°N, 80°~180°W)海温处于负距平阶段。其中, 前2 a全年异常度指数为-1.98;前2 a 5月至前1 a 1~2月, 异常度指数绝对值均大于1.50, 信度在93%以上, 为显著负异常阶段, 此后异常度指数大于零, 海温转而进入升高阶段, 海温具有先降温、持续, 后升温、持续的特点。

黑龙江林区的森林火灾重灾年现象前1 a的10~12月到重灾年关键年当年的1~3月太平洋赤道附近海域(10°S~10°N, 80°~180°W) SST为持续正距平, 在当年的1、3和6~11月异常度指数大于1.50, 意味着海温有一个异常增温并保持数月的过程。

黑龙江林区的森林火灾重灾年现象与当年太平洋赤道附近海域(10°S~10°N, 80°~180°W) SST持续正距平期显著正相关, 二者基本同步, 且以-2 a SST异常变冷为背景, 当年年度异常度指数可达或超过2.0。