專利名稱：高分辨率森林火災(zāi)預(yù)報方法
高分辨率森林火災(zāi)預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種依據(jù)加拿大森林火險氣候指數(shù)(FffI)系統(tǒng)，對待測地域如浙江省森林火災(zāi)進行預(yù)警預(yù)報的方法。
背景技術(shù)：
加拿大森林火險氣候指數(shù)(FWI)系統(tǒng)是當(dāng)前世界上發(fā)展最完善、應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)之一，也是唯一能適應(yīng)從局部到全球任意尺度的系統(tǒng)。它是以三種森林可燃物的水分含量和風(fēng)對火行為的影響為基礎(chǔ)。目前，其他一些國家或地區(qū)采用該系統(tǒng)的模塊或研究思想，形成了自己的火險等級系統(tǒng)，如新西蘭、斐濟、墨西哥、美國的阿拉斯加和佛羅里達以及歐洲的一些國家。 1999-2003年，加拿大林務(wù)局和東南亞國家共同完成了東南亞森林火險系統(tǒng)研究項目，F(xiàn)WI技術(shù)被用于該地區(qū)的火險等級系統(tǒng)中?？肆_地亞、智利和美國的密歇根州也對該系統(tǒng)的應(yīng)用進行了評估。該系統(tǒng)的火險預(yù)測方法要比國內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)方法都科學(xué)和先進。因此，在中國最好是基于FWI技術(shù)來建立本地的森林火險等級系統(tǒng)。這項技術(shù)的實行帶有很大的地區(qū)局限性，以加拿大與浙江省為例進行比較，這里包括①緯度形成的氣候條件不同加拿大屬于北歐形態(tài)的大陸性氣候，浙江省屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。②植被的類型和分布不同加拿大北部地區(qū)為橫貫東西的苔原-冰沼土帶和針葉林-灰化土帶，東部地區(qū)從北而南由針葉林-灰化土向溫帶針闊混交林-灰棕壤過渡，西部地區(qū)自東而西依次是森林草原-淋溶黑土、高草原-黑鈣土、短草原-栗鈣土，高山地區(qū)植被自下而上為山地針葉林-灰化土、山地草甸、山地苔原-冰沼土、永久冰雪帶。浙江全省范圍均屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域一東部(濕潤)常綠闊葉林亞區(qū)域一中亞熱帶常綠闊葉林地帶，常綠闊葉林是浙江省的基帶森林；從植被而言，常綠闊葉林是浙江省的地帶性植被。③主要火災(zāi)源不同加拿大森林火災(zāi)主要為自然火災(zāi)；浙江省的森林火災(zāi)類型基本上都是人為火災(zāi)源，引起林火發(fā)生的主要原因是生產(chǎn)性用火(燒荒燒炭)、祭祀(上墳燒紙)和生活用火(野外吸煙)。④預(yù)報時間有長期與短期之分加拿大森林火災(zāi)預(yù)報是以短期預(yù)報為主，我們開發(fā)的預(yù)報方法是以長期預(yù)報為主。⑤預(yù)防方式不同加拿大森林火災(zāi)預(yù)報主要側(cè)重火災(zāi)發(fā)生點的預(yù)報，我們開發(fā)的預(yù)報方法是由點及面，建立浙江省森林火災(zāi)發(fā)生的空間分布格局預(yù)報，實現(xiàn)對不同區(qū)域的森林火險的預(yù)報。因此，應(yīng)該建立一種有針對性的、有創(chuàng)新性的、適應(yīng)本地的高分辨率森林火災(zāi)預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是建立一種適合浙江省的高分辨率森林火災(zāi)預(yù)報方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是按如下步驟進行(I)待預(yù)報地域的歷史氣象數(shù)據(jù)資料和森林火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料的采集現(xiàn)以浙江省作為待預(yù)報地域為例，收集浙江省及周邊共31個氣象臺站的每日氣象數(shù)據(jù)，時間跨度為1956-2006 ;氣象要素包括①日最高氣溫，日最小相對濕度、每日24h降水量和日平均風(fēng)速，②年均最高氣溫、年均相對濕度、年降水量和年均風(fēng)速；收集浙江省1991-2006年的森林火災(zāi)記錄數(shù)據(jù),包括火災(zāi)發(fā)生時間、地點、過火面積、植被類型和火災(zāi)源；
(2)未來氣象數(shù)據(jù)資料的采集和整合從IPCC即政府間氣候變化委員會的氣候模式生成未來的氣候情景數(shù)據(jù)，采用兩種模式下四種情景的氣象數(shù)據(jù)；分別為HadCM3模式下的IIC3AA和HC3GG兩種情景，CGCM3模式下的SresA2和SresBl兩種情景；四種情景數(shù)據(jù)時間跨度為2007 2099 ；(3)進行氣象要素的高分辨率空間插值利用薄盤光滑樣條插值法即ANUSPLIN插值，對各氣象要素的進行空間插值，獲得高分辨的氣象要素空間分布；該方法應(yīng)用普通薄盤和局部薄盤樣條函數(shù)插值理論對離散數(shù)據(jù)點進行空間曲面的計算和優(yōu)化,并引入線型協(xié)變量因子，從而綜合考慮多個影響因子對多變量數(shù)據(jù)進行分析插值計算；(4)本地化火險氣候指數(shù)模型的建立根據(jù)待測地1956-1990年氣象數(shù)據(jù)，計算得出森林火險氣候的六個指標細小燃料濕度碼、腐殖質(zhì)濕度碼、干旱碼、累積指數(shù)、火險氣候指數(shù)，進而對共用的加拿大森林火險氣候指數(shù)系統(tǒng)，即FWI，進行初步參數(shù)化，利用1991-2006年氣象數(shù)據(jù)和火災(zāi)記錄數(shù)據(jù)對系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果進行校準，并進一步調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，建立適合浙江省的火氣候指數(shù)模型；(5)未來森林火險的預(yù)警預(yù)報利用未來氣象數(shù)據(jù)，運行本地化后的火氣候指數(shù)模型，并與傳媒結(jié)合，對未來森林火險進行預(yù)警預(yù)報。

圖1為火險預(yù)報系統(tǒng)流程示意圖。圖2為FWI的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為浙江省FWI空間分布圖。
具體實施方式下面結(jié)合實施例并參考附圖對本發(fā)明作進一步詳述具體流程見附圖1?；痣U氣候指數(shù)系統(tǒng)(FWI)包括六個部分。見附圖2。FffI系統(tǒng)只要求每天的四種資料，即干球溫度、相對濕度、空曠地十米高的風(fēng)速和地方標準時中午測量的24小時的總降水量。FWI系統(tǒng)的前三個指標是可燃物指數(shù)，分別代表森林凋落物中不同層的濕度，包括細小燃料濕度碼、地表可燃物濕度碼和干旱碼。當(dāng)天的濕度碼的值由當(dāng)天測量的氣象數(shù)據(jù)值和前一天的濕度碼計算得到。每一個濕度碼計算的核心是一個簡單的水分指數(shù)交換模型。不同類型的森林可燃物的干燥速率都不相同，隨著每天天氣變化，可燃物濕度也發(fā)生變化。系統(tǒng)的后三個指標是火行為碼，由三個濕度碼和風(fēng)速生成，分別代表了森林中的可燃物蔓延速度、有效可燃物數(shù)量和火線強度，即初始蔓延速度、累積指數(shù)和火險天氣指數(shù)。①細小燃料濕度碼在FWI系統(tǒng)中，細小燃料濕度碼(FFMC)代表了森林地被物中干重為0. 25kg/m2、厚度為1. 2cm的枯枝落葉和其它的已固化的細小燃料的含水率。細小燃料大部分由死的和凋落的針狀物、樹葉、地衣、苔蘚和其它的小的松散的碎片組成。FFMC是代表細小燃料的可燃性和易燃性的一個相對簡單的指標。FFMC受溫度、降水、相對濕度和風(fēng)速的影響，F(xiàn)FMC的值隨著燃料含水率的變化而變化，最小值為0(燃料含水率為100% )，最大值為101 (可燃物的含水率為0)。FFMC的值越大表明火險等級越高。FFMC的核心是一個簡單的水分交換的指數(shù)模型，即
權(quán)利要求
1.一種高分辨率森林火災(zāi)預(yù)報方法，其特征在于按如下步驟進行 (1)待預(yù)報地域的歷史氣象數(shù)據(jù)資料和森林火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料的采集現(xiàn)以浙江省作為待預(yù)報地域為例，收集浙江省及周邊共31個氣象臺站的每日氣象數(shù)據(jù)，時間跨度為1956-2006 ;氣象要素包括①日最高氣溫、日最小相對濕度、每日24h降水量和日平均風(fēng)速，②年均最高氣溫、年均相對濕度、年降水量和年均風(fēng)速；收集浙江省1991-2006年的森林火災(zāi)記錄數(shù)據(jù),包括火災(zāi)發(fā)生時間、地點、過火面積、植被類型和火災(zāi)源； (2)未來氣象數(shù)據(jù)資料的采集和整合從IPCC即政府間氣候變化委員會的氣候模式生成未來的氣候情景數(shù)據(jù)，采用兩種模式下四種情景的氣象數(shù)據(jù)；分別為HadCM3模式下的HC3AA和HC3GG兩種情景，CGCM3模式下的SresA2和SresBl兩種情景；四種情景數(shù)據(jù)時間跨度為 2007-2099 ； (3)進行氣象要素的高分辨率空間插值利用薄盤光滑樣條插值法即ANUSPLIN插值，對各氣象要素的進行空間插值，獲得高分辨的氣象要素空間分布；該方法應(yīng)用普通薄盤和局部薄盤樣條函數(shù)插值理論對離散數(shù)據(jù)點進行空間曲面的計算和優(yōu)化,并引入線型協(xié)變量因子，從而綜合考慮多個影響因子對多變量數(shù)據(jù)進行分析插值計算； (4)本地化火險氣候指數(shù)模型的建立根據(jù)待測地1956-1990年氣象數(shù)據(jù)，計算得出森林火險氣候的六個指標細小燃料濕度碼、腐殖質(zhì)濕度碼、干旱碼、累積指數(shù)、火險氣候指數(shù)，進而對共用的加拿大森林火險氣候指數(shù)系統(tǒng)，即FWI，進行初步參數(shù)化，利用1991-2006年氣象數(shù)據(jù)和火災(zāi)記錄數(shù)據(jù)對系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果進行校準，并進一步調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，建立適合浙江省的火氣候指數(shù)模型； (5)未來森林火險的預(yù)警預(yù)報利用未來氣象數(shù)據(jù)，運行本地化后的火氣候指數(shù)模型，并與傳媒結(jié)合，對未來森林火險進行預(yù)警預(yù)報。
全文摘要
一種高分辨率森林火災(zāi)預(yù)報方法，屬于計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。以1956-2006年氣象數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過ANUSPLIN插值技術(shù)，生成高分辨率的林內(nèi)氣象要素空間預(yù)報數(shù)據(jù)庫。利用1956-1990年氣象數(shù)據(jù)對森林火險氣候指數(shù)系統(tǒng)進行初步參數(shù)化，利用1991-2006年氣象數(shù)據(jù)和火災(zāi)記錄數(shù)據(jù)對系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果進行校準，并進一步調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，建立適合浙江省的火險氣候指數(shù)模型；最后將未來氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入本地化后的模型，并結(jié)合浙江省森林火險災(zāi)害發(fā)生強度和空間分布格局及地域特點，對浙江省未來森林火險進行預(yù)測，通過傳媒進行預(yù)報，最終建立適合浙江省的高分辨率的森林火險預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。
文檔編號G06F17/50GK103020369SQ20121056377
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者江洪, 余樹全, 袁建, 陳健, 楊國福, 信曉穎 申請人:浙江農(nóng)林大學(xué)