森林火险预报对于加强森林防火工作，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，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，在网络和GIS平台上建立森林火险预报系统，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80年的历史。加拿大学者自20世纪20年代末就开始了火烧试验和森林火险预报方法的研究，并于1987年形成了“加拿大森林火险等级系统¹⁾”。加拿大各地的防火中心根据该系统的预报结果，及时调配巡护飞机、索降扑火队等防火力量，实现了对林火的科学、主动预防。近年来，加拿大学者仍在对该系统进行开发和完善。美国于1978年形成了“国家森林火险预报系统²⁾”，并在经历了10年的实际应用后，于1988年进行了修订³⁾。该系统是全美日常森林防火指挥的一项重要依据。

1) Stocks B J. Canadian Forest Fire Danger rating System. Canadia Forest Service, 1987

2) Cohen J D，Deeming J. E.The national fire danger rating system: basic equations. USDA Forest Service, 1978

3) Burgan R E. Revision to the 1978 national fire danger rating system. USDA Forest Service, 1988

我国的林火学家自20世纪50年代以来，对森林火险预报方法进行了诸多的研究(宋志杰, 1991；邸学颖等, 1993；王瑞君等, 1997)。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，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，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，这些成果尚不能直接应用于作者研制的系统。

近年来，随着计算机软件与数据库、网络与数据通信、GIS、遥感等信息技术的高速发展和应用的普及，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⁴⁾(王栋，1996；徐莉等, 1997；舒立福等，1998)。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，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，构建了一个运行系统，并开展了业务化的运行。

4) 易浩若.信息技术推进森林防火现代化.海峡两岸森林保育研讨会论文集, 台湾中华林学会，1999

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、GIS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。

1.1 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:(1)发布全国森林火险短期预报。即在森林防火期内，每日发布未来24 h和48 h的县级森林火险预报；(2)发布全国森林火险中期预报。即在森林防火期内，每周发布未来7 d的县级森林火险预报；(3)发布森林火险警报，即当高火险出现时，发布区域性森林火险警报。由于目标(1)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，故近年来作者以此为主要的研究内容。

1.2 我国森林火险的标准和规范

原林业部于1995年12月1日颁布实施了中华人民共和国林业行业标准《全国森林火险天气等级》，该文本规定了全国森林火险天气等级的标准，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/雪覆盖等5个主要因子，规定了森林火险天气等级是由最低1级至最高5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”和“森林火险天气等级”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，来决定火险等级，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，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”的标准，在本研究中定义了森林火险的“可燃性指数”和“蔓延性指数”。可燃性指数主要由细小可燃物的含水率得出，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《全国森林火险天气等级》标准的一致性，对森林火险的等级作出规定(表 1)。

1.3 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，而且需要其输入因子易于获得。经试验，预报方法是：第1步，根据“全国森林火险天气等级”标准，由气象预报数据计算出各个因子产生的加权值；第2步，由实验区报来的可燃物萌发/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，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3步，根据由气象因子推算可燃物的含水率的方法(覃先林等, 2001)，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2步和第3步相互校正、相互补充。第4步，根据计算出的各因子的加权值的算术和，确定各地的森林火险等级的值。

基础数据库的建立  在GIS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，包括：(1)全国的1:100万地理要素数据库，包含森林分布、行政边界、高程等；(2)历史森林火险数据，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，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，下载相关数据文件；对这些文件进行解码，格式转换，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24 h和48 h的数值天气预报数据，包括：气温、相对湿度、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，并导入数据库。每日获取实验区的典型气象观测数据，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，全国的数据由遥感数据得出。每10~15 d获取1次全国的植被分布、植被长势的分级数据及雪覆盖的数据，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NOAA接收站获取。这些遥感数据经植被/雪的信息提取、分级，投映变换处理，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，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，包括，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，是森林火险地域变化和时段变化的主要依据。

1.4 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GIS软件平台上。森林火险预报系统的组成与原理见图 1。运行系统的硬件平台主要由2台工作站组成。其中，一台加载系统运行模块和各类数据库，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，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2002年上半年的市场情况，工作站的配置应不低于奔腾Ⅲ，主频>1 G，内存≥256 MB，硬盘≥60 GB。

运行系统的软件平台主要由数据库软件Oracle、GIS软件GeoMedia Professional、图像处理软件和自行开发的运行程序组成。

2 全国森林火险预报系统的运行

在森林防火期内，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，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，在森林火险预报基础数据库的支持下，得出森林火险预报的结果。

2.1 全国森林火险预报系统的运行

全国森林火险预报系统于1999年春季防火期(3月至6月)和秋季防火期(9月至11月)开展了业务运行。每日16时报出以县为单位的未来24 h的全国森林火险预报。见图 2(国家林业局森林防火办公室发布，1999年4月4日14:00—4月5日14：00；原图是彩色，由CCTV2播出)。

2.2 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，得以提前采取针对性的防范措施，以减少火灾的发生，尤其是在出现高火险时，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，每日定时把结果经由网络发送到国家林业局林火信息网，该网覆盖全国的地(市)级森林防火部门；二，每周2次(星期二、星期四)定时把结果经由网络发送到中央电视台，由第二套节目(CCTV2)播出，并于次日分别重播一次。

2.3 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，不同于基层的应用系统，其空间精度不宜太高，也不可能太高。但是，以县级为单位的预报结果至少存在两个问题：一，森林火险等级的地域差异实际上与局地的地理差异相关，而与县级行政境界未必一致；二，同一个县的范围内森林火险等级未必相同，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，作者在1999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，该数据以15 km×15 km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，而是15 km×15 km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，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15 km×15 km的空间分辨率。

2.4 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，数值天气预报的准确性。其二，实验区的典型气象数据一般由县气象台提供，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，因而能够在一定程度上抵消数值天气预报所导致的误差，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NOAA-AVHRR传感器本身探测能力的限制，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，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，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，若预报的准确性高，则应该是：(1)在预报火险是1级和/或2级的时段，几乎无林火发生。(2)在预报火险是3级和/或3级以上的时段，有林火发生。并且，多数林火发生在预报火险是4~5级的时段。反之，违背上述条件的林火次数越多，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，快速、及时是首要条件。因此，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，必需快速得出结果，定时发布结果，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，最迟到达的是由气象业务网获取的全国600多个气象台站当日14时的观测数据，而预报结果于当日16时在网上发出。由1999年的业务运行证明，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(未来1周的火险预报)和适时发布区域性高火险警报，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，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，该研究应更多地与森林植被专家、遥感专家合作进行。