文摘

降水是更多的限制气象因素影响森林火灾的发生和程度。我们检查了个别大火的燃烧区域之间的相关性和降雨量发生当天连续燃烧和干天一系列限制每日降雨量(0-6mm)用于定义一个“干”的一天。每日降雨量阈值水平,最重要的是影响区域燃烧测定每个ecoregion云南省主要易燃区域,中国西南部。结果表明,野火燃烧面积指数下降随着降雨量在燃烧。烧伤面积也呈正相关的连续干旱天数之前燃烧。阈值降雨提供最高的价值相关性烧伤面积和数量的连续干燥几天前燃烧不同生态区之间。连续干燥天降雨量小于指定阈值主要影响大火灾(> 100公顷)而不是更频繁地发生小火灾。这些结果将帮助森林经理评估森林火灾预防regionalfire危险指数,特别是对于灾难性的森林野火造成重大经济损失和威胁人类生命和环境。

1。介绍

显著增加的数量和燃烧区域火灾据报道在过去几十年在世界许多区域1- - - - - -4]。野火在一个地区的数量和程度是由许多因素包括天气状况(5),人类活动(6)、燃料特性(7- - - - - -9)、消防管理活动(10,11),土地利用变化(12),和气候变化13- - - - - -15]。这些因素,气候变化已经被认为是一个森林火灾的发生和燃烧区域的主要决定因素,特别是大型火灾。气候变化的影响在火灾发生和燃烧面积仍然知之甚少,很难预测特别是在全球气候变化的各种场景。

在年代际尺度上,气候变化调节的成分和结构特点等植被物种数量和他们的耐旱16]和生物质(燃料)连续性[17),从而影响消防制度。在年际和较短的时间尺度上,气候变化会影响生活和死亡的可燃性森林植被可能改变野火的行为(18,19]。先前的研究已经表明,大规模的气候模式与太平洋年代际振荡和强烈的厄尔尼诺/拉尼娜事件更紧密地与火灾的频率和程度(20.,21]。火灾严重程度在一个给定的火灾季节被报道与海洋表面温度异常(22)和帕尔默干旱强度指数(PDSI) [5,23]。增加火灾发生在北部Rockiesforests已被证明是与春季和夏季气温的升高相关,早春融雪24]。烧伤面积的增加在加拿大从1920年代到1990年代与地区变暖趋势(25]。卫星数据和俄罗斯联邦森林服务数据显示增加燃烧面积在俄罗斯恰逢当前火灾多发期变暖趋势和扩展,以及火政权更迭的预测(26]。Valendik [27)和Lelyakin et al。28)还指出,森林大火将更频繁地出现在北方计画的结果平均温度增加。

区域气候模式和当地天气条件显然扮演至关重要的角色设定条件有利于森林火灾事件,以及它们对一个特定的火可以从前期气候和天气条件推断出火灾发生时(29日]。与高温和长时间没有雨相关高森林火灾的危险时期。的干燥条件特别影响死亡森林的可燃性燃料。在中国的摘要大兴安岭林区,森林大火点燃的照明条件下主要发生干雷暴产生降水,由于降水量< 1毫米燃料含水量(几乎没有任何影响。30.]。越长时间的连续干燥天(天没有降雨或降雨量小于某个阈值),干燥的燃料和燃料燃烧的更容易31日]。一段3 - 5天连续干燥可以大大增加点火概率,7到10连续干燥天显著增加火蔓延的概率,和灾难性的森林火灾发生的风险大大增加> 15连续干燥天(32]。

大火灾的可能性,因此,增加在极端天气条件下(例如,长期干旱时期)。Venalainen et al。33)估计,在任何位置在芬兰大约每隔十年积累最多10毫米的40天雨会发生,而这些极端干旱条件下将三火出现的数量包括大型火灾火灾季节。长期干燥的天气条件(约40天没有降水)可以充分干燥的生活燃料和更大的死亡燃料携带大,一旦引发严重的火灾发生在亚高山森林类型。面积的变化/火焚烧已被证明是高度相关的含水率100小时(2.5 - -7.6厘米直径)和1000小时(> 7.6厘米直径)死燃料(34]。一旦燃料达到极度干湿度在赛季后期,大的空间格局,严重站取代火灾是由天气(风的方向和速度),而不是燃料,年龄,或消防活动35,36]。燃料丰富和地形的变化(包括强大的壁垒如峡谷,河流和道路)几乎没有影响的严重性或方向火燃料深层吸收极低时(34]。随着全球变暖和气候变化相关的干旱事件变得更频繁和严重的区域和全球森林火灾的频率和燃烧区,尤其是大、严重,火灾增加合营公司(1]。

云南省是一个主要的森林面积和复杂,在中国西南的森林资源丰富。省经历了大量的森林大火造成巨大损失的森林资源,人类生活和经济破坏(37]。每年平均死亡人数超过一百人,平均经济损失直接关系到森林野火达到在过去十年中每年超过一千万美元(37]。由于广泛的领域由易燃森林物种,森林火灾频繁发生造成严重伤害,和防火变得非常困难38]。火和天气/气候历史数据的初步分析表明每日降水和分布在整个火灾季节森林火灾发生的一个重要的决定因素,尤其是大型的发生,破坏火灾(39,40]。因此,本研究的主要目标是量化个人火灾的沉淀与烧伤面积之间的关系,以及这种关系由ecoregion可能有所不同,基于历史火当地气象站的数据和观察到的降水数据。我们假设火灾发生在任何一天的大小将与降雨量。我们还预测连续干燥天降雨的数量低于阈值将与烧伤面积大火灾。具体来说,我们将测试(1)区域燃烧的分布是否不同天降水发生和干燥的天,(2)燃烧区如何变化与降雨在火灾发生前几天,和(3)阈值如何沉淀值最好由ecoregion燃烧与区域各不相同。这些问题的答案将在火灾严重程度的预测产生重大影响,在该地区防火。

2。材料和方法

2.1。研究区域

云南省位于中国西南地区(21°9′-29°15′N, 97°30′-106°E,人物1)。省的地形多样,包括平坦的山谷的底部和陡峭的山。一般海拔范围从约4000米西北部的不到1000米的东南部。该地区有一个高原季风气候的特征是适度热,潮湿的夏季,温暖、干燥的冬季。年平均气温平均14 - 16°C,平均气温6 - 8°C 1月和7月- 22°C。冬季盛行干燥大陆性季风,夏季盛行湿润的海洋季风,所以降水的季节分布很不均匀。平均年降雨量1100毫米,旱季从11月到4月,占年降水量只有10 - 20%。雨季从5月到10月,大多数降水是6 - 8三个月,占年降水量的60%左右(图2)。从北到南有梯度的增加温度、降水、湿度(表1)。

由于从南方热带季风的影响和减少高度从北到南,云南已经高度多样化的植被类型从高山草甸、山地和亚高山带的温带森林在高海拔地区亚热带低海拔森林和热带雨林。阔叶物种占据森林的西南部分,而大多数其他地区是由原始森林占地面积约453万公顷,占全省森林面积的48.6%。容易发生森林火灾的主要植被类型由云南松木森林和林地为主(摘要将云南法语)。这些天然原始森林,近年来随着种植园种植,是高度易燃,易受不同火点火来源。

研究区包括5个生态区,反映了空间异质性的气候,植被类型和地形(表1)。山地生态区(VI和V)有一个寒冷和干燥的气候,而低海拔生态区(I, II, III)的特点是温暖、湿润的气候。北有更高比例的高海拔生态区的原始森林,而在南部的低海拔生态区有更高比例的常绿阔叶林。

Ecoregion我有一个温度较高的热带季风气候,降水丰富。ecoregion全年无霜;和地区具有明显的湿和干燥的季节,在雨季(5月至10月)降水占总年降水量的-90% 80%。这个ecoregion比另一个更高比例的森林生态区,和植被类型是热带季节雨林,常绿季雨林、山地雨林所主导Pometia pinnata j·r·g·弗罗斯特。,Parashorea chinensis Wang Hsie, and Lannea coromandelica (Houtt.) Merr.

生态区II和III有类似的地形和气候。他们有一个高原和亚热带气候,mildseasonal温度和适度的降水。然而,一个明显的不同植被类型。Ecoregion II是由季风常绿阔叶林森林为主Schima wallichii Choisy,摘要成为法语,和小的区域松果体kesiya罗伊尔前任戈登森林,而ecoregion III是由常绿Quercus绝壁。森林和大面积摘要将云南Franchmixed灌木和草地。

第四Ecoregion高原和亚热带气候,但较低的温度和降水低于生态区II和III。该地区也有较低的百分比由常绿的森林覆盖Quercus semecarpifolia史密斯,青冈glauca研究。)Oerst森林,和一些摘要将云南法国森林。Ecoregion V是最高的平均海拔约4000米。面积与冬季低温雪线海拔约5000米。平均年降水量600 - 700毫米,旱季降雨占年降水量的10 - 20%。森林植被类型包括寒温针叶林为主云杉桅杆。,冷杉属法夫里(天线)。Craib,和松果体densataMast.intermixed高山草甸。

2.2。气候和火灾数据

云南省火灾季节从12月与野火可能主要发生从2月中旬到5月中旬(图2)。人为表面火灾占火灾总数的95%以上。皇冠火灾很少见,主要发生在年轻的原始森林。从1996年到2008年,总共7926年森林火灾(135788公顷)在云南报道。对于每个火,日期、开始和结束时间,地点,燃烧区,植被类型记录的云南省森林防火总部办公室。每日降雨量数据同期获得来自中国35个气象站的气象数据共享网络(图1)。每日降雨量数据生成的地区使用Daymet [41),它使用回归和数字高程地图插入数据从现有气象站在复杂的地形。在这项研究中,只有1983火灾发生在辖区内的火灾季节与实际降雨量数据被用于数据分析。

2.3。数据分析

评估的影响降水分布的火大小(面积烧伤)、森林大火被分为两组:与降水当天火(),没有沉淀(当天火。自燃烧区域采用负指数分布趋势,方差分析中使用的对数转换燃烧区域比较的差异意味着火这两个团体之间的大小。与假设降水可显著减少的规模大,灾难性的大火,火的比例在两组不同百分位数值的大小(分布)计算分析了两组之间的火大小分布差异。

进一步量化燃烧区降水量的变化火天,使用分位数回归分析降水之间的关系和森林大火的燃烧区域。基于分位数回归有几个优势传统的(平均)回归当响应变量(面积烧伤)与不平等的方差变化很大和/或异常分布的预测变量(这里降雨量)和极端值时由感兴趣的条件分位数表示。基于区域燃烧与降雨量的散点图,指定为非线性五分位数回归模型 在哪里是估计条件Q-percentile面积烧伤给定的值(降雨)和和估计回归系数。由ecoregion森林火灾的数量有限,混合模型对整个研究区构造了基于Koenker和公园中描述的算法(42]。

逐日降水数据的火之前,连续干了几天的数量计算的1983年的森林火灾,与“干一天”被定义为每天的降雨量或6毫米。斯皮尔曼等级相关分析用于计算之间的相关性的连续干旱天数(每日降雨量低于特定值)和随后的对数转换燃烧区域为每个ecoregion森林大火。每日降水定义干一天的价值最大化斯皮尔曼等级相关系数和显著不同于零的基础上引导分析指定为关键值(阈值)影响燃烧区域。此外,森林大火在一个ecoregion被分成六个大小(燃烧区域,ha)类:< 1.0(小火),1.0 - -9.9(中等小火),10.0 - -49.9(中火),50.0 - -99.9(适度大火),100.0 - -500.0(大火),和500 - 1000(非常大的火),和斯皮尔曼等级相关系数是计算连续数天之间日常降水≤阈值和对数转换类和ecoregion火燃烧区域大小。阈值的影响降水在不同大小的类在一个森林火灾ecoregion可能评估基础上,斯皮尔曼等级相关系数的变化。

3所示。结果

3.1。燃烧面积和降雨量之间的关系

面积烧伤后的负指数分布森林火灾发生在雨天(降水)和干燥天(没有降水)的意思是火的大小(面积烧伤)43.5公顷和76.3公顷,分别,但干天火灾分布更倾斜,有一个长尾(更大的、灾难性的火灾)(表2)。进一步检查的燃烧区域的百分位数的比率在雨天和在干燥的天表示,燃烧面积90%的火灾大多发生在雨天是0.5至0.8倍大发生在干的那些日子里,和在最大的火灾燃烧区域最大(10%)在雨天还不到十分之一大那些发生在干燥的日子(图3(一个)、表2)。对数转换区域燃烧方差分析显示之间的显著差异干一天,雨天火大小();然而,当最大的10%的火灾是删除从样本,无显著差异。这表明降水当天作为火灾发生整体潜力大大减少了罕见的大型灾难性的火灾,但一个小得多的影响最频繁的大小,小火灾。分位数回归进一步量化百分比的变化区域与降水当天火焚烧出现(图3 (b)、表3)。基于模型的统计数据,负指数模型做了一个好工作量化的影响降水的区域燃烧。降水量仅占至少33%的燃烧领域的变化取决于(表指定的百分比3)。

3.2。烧伤面积之间的相关性和火灾前的连续干旱天数

斯皮尔曼等级相关分析表明,火的燃烧面积呈正相关,连续几天的日降水量不到指定的阈值之前所有生态区的火的日子(图4)。相关系数通常显示一个单峰分布,达到一个ecoregion-specific降水值。生态区I和II,最高的相关性(峰值)发现只有1毫米(,;,),峰值ecoregion三世(约3毫米,),并在ecoregion IV和V ecoregion,位于一个降水峰值水平的约5毫米(,;,)(图4)。这表明有一个每日阈值定义干一天的降雨量的变化在五个生态区由于某些方面的差异,如植被和气候,ecoregion对生态区I和II 1毫米,3毫米ecoregion III, IV和v的5毫米生态区每日阈值定义干一天的降雨量有现实意义为当地森林防火。连续干了几天的数量可以为消防经理提供参考测量火灾危险严重性可能是有用的在规划消防操作。

3.3。连续干燥天的影响大小不同

由于降水值(阈值)对应于最大相关系数在每个ecoregion,连续数天之间的等级相关火灾之前日常降水低于阈值,分析了火灾燃烧面积六火大小团体中指定方法,分别。在每个ecoregion,小火的相关系数迅速增加组(< 1.0公顷)的适度火大的群体(50.0 - -99.9公顷),然后保持温和增加整个大的火大小(图组5)。火大小< 50公顷的相关系数都小于0.2,而不是从零明显不同,而所有火灾规模的相关性有统计学显著性团体≥50公顷。这表明干旱期前燃烧产生重大影响的大小大火灾(≥50公顷)或更有可能引起火灾的增加尺寸到大类别,但不影响小型或中等大小的火灾。

4所示。讨论

降水的强度和时间的变化(例如,每日降雨量和连续数天不下雨或降雨量小于一定的阈值)强烈影响的程度(面积烧伤)大火(39,43]。一般降水减少的可能性大,灾难性的火灾(表2)。云南省为例,烧伤面积最大的火火的一天没有发生降水超过十倍的火在一天降水在火灾发生之前。d . x Viegas和m . t . Viegas43]报道一个指数关系领域和总降水量在火焚烧的季节。大概是对关系的一种解释是,降水增加燃料水分含量从而降低潜在的火蔓延(44,45]。

歌等。46]用火灾模型模拟不同降雨概率的影响森林火灾的frequency-size分布,发现降雨量较大影响大的比小的森林火灾。这是符合我们的研究使用真实的火灾和降水数据。显示,烧毁是,平均而言,与降水的增加显著降低(图3 (b))。燃烧面积的百分比从5%上升到95%,百分位数回归线条变得陡峭,这意味着降水有实质性影响的大小(或程度)更大的火灾。基于拟合方程,可以计算出燃烧的大火在第99百分位从约852公顷(将会减少系数表3),少量的降水(例如,0.01毫米)到298公顷在6毫米的降水,减少近三分之二。同样,第95百分位的大型火灾燃烧的面积将会减少从57公顷平均51公顷,减少大约10%的相同范围的降水变化。

的系数反映了th百分位的燃烧时降水趋于0(没有下雨),和系数反映的速度减少烧伤面积随着降水的变化。越大率越低。回归模型的表3、降水火天尤其有效减少大型火灾的可能性(100 - 499公顷)和特别重大火灾(≥500公顷),但有限的影响减少的平均大小适度和小型火灾(< 100公顷)。克纳普(47),Littell et al。48),和其他人表示其他气候因素的潜在影响燃烧温度和植被等区域。因为我们缺少的数据构建更全面的分位数回归模型,我们建立了一个为全省设定的模型。但是我们认识到,因为伟大的变化在温度和植被组成生态区、不同ecoregion模型应该开发更好的量化降水的效果。这将为决策提供更好的信息预先抑制活动。

火灾发生与气象条件密切相关(49,50]。云南省最干燥的几个月(11月和12月到2月,平均每日降雨量< 1毫米),其次是峰火月(3月至5月),表明时间的滞后效应小降水火灾发生率和程度(图2)。这种滞后效应的机制可能与森林的树冠的拦截存储容量,地面蒸发,土壤和燃料水分条件和渐进的变化。拉特(51]报道拦截存储容量1.0到2.1毫米的针叶林和落叶林夏天的1.0毫米。类似的1.3毫米的价值被发现辛普森et al。52在华盛顿西部)的花旗松森林。Spittlehouse和黑色(53)使用3.0毫米的花旗松森林中标价在温哥华岛西北部,但这个值包含一些由于蒸发损失。Flannigan和哈林顿39)定义限制降水量1.5毫米,干燥的一天,如果这个值密切适应最大持水量的估算各种森林的树冠。大厅(54]约2毫米的降水阈值对灌木和树木和草地植被1毫米的价值,基于降水数量之间的差异的分析森林火灾与闪电,闪电没有发动机。在全国火灾危险评分系统(书呆子)在美国,干旱指数计算基于连续几天的降雨≤5.0毫米(44]。在加拿大的火灾危险评价系统(CFDRS)阈值的定义干旱降水量为2.8毫米(55]。

在这项研究中,predryness条件估计的数量连续干燥天每日降雨量在一系列值(< 0,1,2,3,4,5,6毫米)。这些措施的“干燥”相关,由ecoregion区域燃烧的森林火灾。结果表明,降雨量变化阈值(1毫米生态区I和II, 3毫米ecoregion III, IV和V的和5毫米生态区),最大限度地与面积烧伤。有减少趋势降雨值的阈值和增加湿度在生态区,最有可能由于土壤含水量的差异由湿状况生态区(这里没有报道)。

干旱影响森林火灾通过改变燃料水分含量(56]。在干旱地区,常年干旱,降低土壤含水量通常意味着燃料表面相对干燥。往往有更大的区别燃料含水量和灭绝的水分,并随后阈值降雨值比较大。相反,在潮湿的地区,由于更多的降水,土壤一直较高的水分含量和表面深层吸收更高的燃料。因此,降水量需要提高燃料含水量灭绝的水分少,门槛降雨值相对较小。

这项研究显示,连续几天的数量更大的与大火灾(> 100公顷)的大小,但不影响小火的大小。这可能解释为研究地区的大多数火灾是由人类引起的。小火更大程度的随机性,在很大程度上受到人为因素的影响,所以小火之间的相关性和干燥的先决条件是较弱的。关于环境条件之间的关系和重大森林火灾,Zhang et al。57)发现的大小之间的密切关系重大森林火灾和火灾发生前连续干燥的天。Brotak和Reifsnyder58]和crimmin [59)表明,延长干燥与大型火灾发生,这通常是由天气干燥的天气。许多其他研究也表明,先前的干旱在大型火灾发生,产生重大影响的概率和预测使用干旱指数(大型火灾事件60- - - - - -62年]。此外,干燥的燃料不仅与降雨有关,还与其他气象因素和燃料特性(5,7,9]。在我们的研究中,不同燃料类型生态区之间将不可避免地影响燃烧区域的降雨量阈值;因此,本研究的结论是否适用于其他领域需要进一步研究。

5。结论

基于我们的分析1996 - 2008年云南省火灾记录和降水数据,中国西南部,得出了以下的结论。(1)火的大小密切相关的当日降雨量燃烧。烧伤面积和降雨量之间的关系表现出明显的指数衰减。大量的降雨有可能减少火灾大小率增加燃料水分含量和缓慢的扩散。(2)烧伤面积与火灾发生前的连续干旱天数。这种相关性的强度取决于每日降雨量用于定义“干一天,”在一个阈值达到最大值生态区之间每日降雨量的变化。这表明不同阈值的每日降雨量应该用于定义“干一天”云南省生态区。(3)烧伤面积的增加趋势相关性大小(火)和定义的的连续干旱天数确定阈值的每日降雨量小火组大型消防组表现为每个ecoregion日常降雨的阈值确定将用于预先抑制大型活动,严重的火灾(例如,> 100公顷)。一个应用程序将等,评估当前云南省火灾危险评价系统。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

陈冯、Zhaofei风扇和Shukui妞妞了同样工作。

确认

作者要感谢云南省森林防火总部办公室提供火灾数据。资助这项研究的经费由林业公共福利项目(200804001),这是由国家林业局(国家林业局)。斯科特·d·罗伯茨博士的林业、密西西比州立大学,从短大学迈克尔·克罗斯比博士回顾了本文。作者感谢他们两人。

补充材料