森林火险等级系统是现代林火管理系统的基础。火险等级系统产生定量和/或数量的火潜在指标，广泛用于林火管理活动中对野火和计划烧除的行动指导。加拿大森林火险天气指数(FWI, fire weather index)系统是当前世界上发展最完善、应用最广泛的系统之一，它被用于美国部分地区、新西兰，一些系统指数被用于斐济、印度尼西亚和马来西亚(Taylor et al., 2006)。FWI系统是基于每天12：00时4个天气因子的连续观测记录，输出描述成熟松林火险的多个指标(Turner et al., 1978)。FWI系统包括6个组分(图 1)，3个可燃物湿度码即细小可燃物湿度码(FFMC)、腐殖质湿度码(DMC)、干旱码(DC)和3个火行为指数，即初始蔓延速度(ISI)、累积指数(BUI)和火天气指数(FWI)。3个不同类别的森林可燃物有着不同的干燥速率，随着每日天气变化，可燃物湿度发生变化。FFMC是反映地表凋落层和其他成熟的细小可燃物(针叶，苔藓和直径小于1 cm的小枝)湿度的数量指标。DMC指示中等深度的疏松有机层湿度，它受降雨、温度和相对湿度的影响，但不受风速影响。DC是深层紧密有机层的湿度指示。ISI结合了FFMC和风速来表示预期的火蔓延速度。BUI是DMC和DC的权重和，指示移动的火线燃烧的有效可燃物总量。FWI结合了ISI和BUI，是潜在火线强度的数量指标，通常根据火头强度和扑火能力来表示控制火烧的困难程度。FWI系统的这些指标为开展林火管理活动提供重要的定量参考数据(De Groot, 1993)。

19世纪80年代我国大兴安岭林区曾引进加拿大火险等级系统(Jin et al., 1985, Stocks et al., 1987a)，但随着中加林火合作项目的结束，林火管理实践中基本不用该系统。为了分析这一火险系统的适用性，笔者根据收集的气象资料和林火统计资料对1987—2006年大兴安岭的森林火险进行了分析，并根据当地气象条件重新确定了FWI指数对森林火险等级的指示意义。

1 研究区概况

研究区范围为大兴安岭国有林区, 有林地面积为653.2万hm²，森林覆盖率为78.4%，森林面积占黑龙江省的37.1%，是全国的4.1%(梁延海等2004)。森林类型主要是以兴安落叶松(Larix gmelinii)为主的混交林。主要树种有落叶松、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、白桦(Betula platyphylla)、柞树(Quercus mongolica)、山杨(Populus davidiana)和柳树(Salix matsudana)等针叶和阔叶树种。土壤为寒温带森林土壤。地势起伏不大，西部、中部高，东部、北部南部低。平均海拔573 m，最高海拔1 528 m。气候属于寒温带大陆性季风气候。冬季寒冷而漫长，夏季炎热而短暂，年平均气温在-2 ℃以下，春季升温快，风速大，干燥少雨。年降水量为450~500 mm，年蒸发量为900~1 000 mm(刘庚正, 2002)。该区地处高纬度山地，无霜期较短，在80~100天之间，年平均风速2 m·s^-1，最大风速7~8级，多发生在春季，极易引起森林火灾。

2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源

气象数据来源于美国国家气候数据中心(Asheville, NC 28801-5001, USA)的小时气象观测数据集。数据的时间长度是1987—2006年每年3月15日—10月31日，空间范围包括研究区(119.6° E—127.0°E；47.0°N—53.6°N，)及其周边气象站。

火灾统计数据来源于当地防火机构，1987—2006年大兴安岭林区森林火灾信息包括火灾发生时间、地点、经纬度、过火面积、受害森林面积和扑救状况等。

2.2 气象数据处理方法

选用当地12: 00时的气象观测数据计算FWI系统各指数。对于没有这些数据的气象站或某些时段，根据时间优先顺序选用13: 00, 11: 00, 14: 00, 15: 00, 16: 00和17: 00时刻的观测数据。如果只缺失部分数据，如只缺乏温度数据而有其他数据，则采用前一天的温度数据。如果缺失数据少于7天，则利用缺失数据前后2天的数据进行插值补缺。缺失数据超过7天, 则利用临近气象站的数据进行补缺。

2.3 FWI计算方法

从每年3月15日开始计算各气象站每日的FWI各组分值，包括FFMC, DMC, DC, ISI, BUI和FWI。可燃物湿度码初始值赋值FFMC, DMC和DC的初始值分别为85, 6和15。空间插值采用Spline插值方法，生成相关指数的空间分布分布图，并获得2001—2006年每场火灾起火点的各火险指数值。

2.4 火险严重程度指数的计算

日严重程度(DSR, daily severity rating)是FWI的函数，用来描述某一段时间内一个气象站平均火险或某一区域一些气象站观测的平均森林火险(Van Wagner, 1970)。其计算公式为DSR=0.0272(FWI)^1.77。

月火险严重程度(MSR, monthly severity rating)和季节火险严重程度(SSR, seasonal severity rating)分别是某一区域内所有气象站的日火险严重程度月平均值和季节平均值。

3 结果分析 3.1 1987—2006年大兴安岭森林火灾概况

1987—2006年大兴安岭林区共发生森林火灾1 059起, 过火面积2 806 969 hm²，其中森林面积1 355 873 hm²，平均每起森林火灾过火面积2 660 hm²，平均受害森林面积1 324 hm²。森林火灾发生地点空间分布见图 2。61.3%的火灾发生在落叶针叶林(落叶松林)，草地、沼泽地和落叶阔叶林的火灾分别占23.9%, 4.7%和8.0%。

1987—2006年年均发生森林火灾53起, 年平均过火面积为140 215 hm², 过火森林面积67 727 hm²。火灾严重的年份1987年和2003年过火面积分别占研究时段内总量的47.3%和27.2%(图 3)。森林火灾主要发生在春季(3—6月)和秋季(10月)(图 4)，5月份火灾次数和过火面积最大(占27.1%), 过火面积和受害森林面积分别为占总量69.1%和86.8%。虽然3月份森林火灾次数少(占1.2%)，但过火面积大，占总过火面积的11.3%。

森林大火主要发生在春季，3, 4, 5月份发生的森林大火分别占12%, 20%, 34%和20%。大兴安岭地区引发森林火灾的主要原因是雷击火(占57.1%)，其次是吸烟(11.7%)和跑火(4.3%)。

3.2 FWI系统组分指数在大兴安岭地区的等级划分

由于研究区有连续气象观测数据的气象站只有漠河(501360)、呼玛(503530)、小二沟(505480)、图里河(504340)，所以对研究区森林火险等级评估只采用了这4个气象站的火险指数数据。根据1987—2006年4个气象站3月15日—10月31日的FWI各组分指数，把森林火险分为5级，即低、中、高、很高、极高。低火险天数占45%~50%，中火险天数25%~30%，高火险天数12%~15%，很高火险天数7%~8%，极高火险天数2%~3%。各指标划分火险等级结果见表 1, 其中年均天数是指3月15日—10月31日各火险等级对应的平均天数。

FWI等级划分标准与加拿大Alberta省的划分标准相近(Stocks et al., 1987b)。根据表 1火险等级划分标准，统计1987—2006年大兴安岭地区各火险等级对应的火灾发生概率(各火险等级对应的火灾次数/各火险等级出现天数)和火灾发生日的火险指数情况(表 2)。发生在低火险(FWI)等级和中火险等级的火灾分别占1.6%和20.8%，高、很高、极高火险等级天气发生的火灾共占77.6%。发生在FFMC和ISI对应的高火险以上等级的天气条件下的火灾分别占61.5%和66.4%。火险等级越高对应的火灾发生概率越大，低火险等级天气条件下发生火灾的概率只有0.2%，很高和极高火险等级条件下发生的概率分别为26.4%和25.9%。这表明FWI系统组分指数对森林火灾的发生有较好的指示作用，特别是FWI对火险等级的指示意义明显。有13.9%的火灾发生在FFMC低于81.5(低火险等级)条件下，可能存在以下原因:一是大兴安岭的气候属于大陆性季风气候，春季天气变化剧烈，昼夜温差大，仅利用每天中午的数据还不足以反应细小可燃物的实际变化；二是大兴安岭地区的气象站分布密度低，未能准确地反映局地的火险条件变化。三是火灾的发生受火源的影响，大兴安岭林区有43%的火灾是人为引起的，火灾的发生与当地居民的生活和生产活动相关。

3.3 FWI系统组分指数与林火发生

FWI、FFMC和ISI是影响火灾发生的重要指数，分析林火发生与FWI系统各组分指数的关系时只分析这各个指标。受天气特征和可燃物变化规律影响，不同月份林火表现出不同特点。1987—2006年所有森林火灾发生时对应的FWI、FFMC和ISI最小值分别为0, 47.71和0.04, 最大值分别为75.22, 99.00, 107.02。表 3列出了3—10月各月森林火灾发生日的平均FFMC、FWI和ISI值。可以看出，4—6月份森林火灾发生时的FWI、FFMC和ISI平均值高，这与春季森林火灾发生较多一致。

5月份火灾发生时FWI、FFMC和ISI都是最高，表示这种条件下发生的火灾蔓延快，火烧强度高，不容易被人为控制，容易发展成为森林大火。统计数据说明5月份发生的森林火灾造成的过火面积(占69.1%)和受害森林面积(占86.8%)最大。5月份也是林内生产活动较多的时段，人为火源多。3月份的火灾主要发生在下旬，火烧以草地火为主，火灾的发生发展受FFMC指数影响明显，火灾发生时ISI平均值为5.8, 一般年份这一时段林下还没有解冻，火在林内蔓延速度低。7—9月份是林木生长季节，主要降水发生在7, 8月份, 只有在比较干旱的年份才发生火灾。10月份火灾发生时FWI平均值为15.2，森林火灾造成过火面积和受害森林面积分别占7.7%和3.0%。FWI值可以比较可靠地反映大兴安岭地区森林火险状况，FFMC和ISI对预测火灾的发生与蔓延有较好的指示作用。

3.4 1987—2006年大兴安岭地区森林火险变化

根据1987—2006年4个气象站(漠河、呼玛、小二沟、图里河)4—10月DSR值，分别计算了春季(4—6月)、夏季(7—8月)和10月火险严重度指数，由于9月份发生的森林火灾非常少，所以没有考虑9月份的火险严重度。1987—2006年春季SSR的变化没有明显的规律，波动幅度比较大，特别是2000年以来的波动更剧烈(图 5)。春季SSR明显高于夏季SSR和10月MSR, 其平均值分别为3.13, 0.62和0.97。2003年春季SSR最高值为5.85，2005年最低1.10。夏季SSR和春季SSR有相反的波动趋势，一般春季火险高的年份，夏季火险偏低，如1988, 1998, 2001, 2003, 2004, 2005和2006年。1987—1991年和2000—2006年2个时段秋季火险严重度指数波动较大，2000—2006年秋季火险严重度呈明显上升趋势，2006年值最高(2.81)。

受气候变化的影响，1987—2006年大兴安岭火险期发生了明显变化。1987—2002年每年火险期有春季和秋季2个火险期，但2002—2006年火险期基本贯穿春季到秋季(图 6)，表明近年来大兴安岭地区防火期明显延长，夏季火灾增加趋势明显。

4 结论

1987—2006年大兴安岭林区森林火灾主要发生在落叶针叶林(61.3%)、草地(23.9%)和落叶阔叶林(8.0%)。森林火灾主要发生在春季(3—6月)和秋季(10月)，5月份过火面积和森林火烧面积最大，大于1 000 hm²的森林火灾主要发生在3和5月份。大兴安岭地区引发森林火灾的主要原因是雷击火(占57.1%)。

FWI对大兴安岭地区森林火险有显著的指示意义。根据1987—2006年4个气象站森林火险指数的计算结果，定义FWI的等级低、中、高、很高和极高，取值范围分别为0~2.5，2.6~10.0，10.1~18.0，18.1~31.0，≥31.1。4—6月份森林火灾发生时的FWI、FFMC和ISI平均值高，5月份火灾发生时FWI、FFMC和ISI都是最高。FWI值可以比较可靠地反映大兴安岭地区森林火险状况，FFMC和ISI对预测火灾的发生与蔓延有较好的指示作用。

受气候变化的影响，大兴安岭火险期发生了明显变化。1987—2002年每年火险期有春季和秋季2个火险期，2002—2006年火险期明显延长。春季SSR的变化波动幅度比较大，春季SSR明显高于夏季和秋季。夏季和春季SSR有相反的波动趋势。