徂徕山林场雷击灾害风险分析与评估

　　摘要： 为了解与分析森林雷击火灾的动态行为，进行森林雷击火灾风险评估分析，以减少或避免因雷电而引发的森林火灾、人员伤亡和设备毁坏所造成的损失，本文以2007—2018年山东省闪电定位系统监测数据资料、闪电监测资料、天气和气候观测资料、林场高程数据、地理信息数据、现场勘查资料和客户所提供的相关资料等为依据，采用统计分析法、相关分析、叠置分析和缓冲区分析等多种分析方法，对徂徕山地区雷电活动时空分布特征进行分析，并以地闪密度空间分布与最大地闪强度空间分布的叠置作为雷电风险的主要评价指标，对徂徕山地区雷电易发区域进行研究。研究结果表明，徂徕山林场闪电密度较高的区域主要位于马头山沟以北和主峰太平顶周围。同时，结合森林雷击火灾原因、特点和地形特征，提出了一套符合实际的森林雷击火灾风险分析方法。该研究对森林雷电灾害的防护具有重要意义。

　　关键词： 森林防火; 地闪; 雷电灾害; 风险; 评估

　　森林是陆地生态系统的主体，是全球气候的主要调节者，影响着全球的生态环境。在生态环境日益恶化的今天，森林不但具有缓解地球“温室效应”、防治荒漠化、涵养水源、保持水土、防灾减灾、确保农业稳产、维护生物多样性等方面的功能，而且还提供丰富的林产品，帮助贫困地区人民脱贫致富，增加社会就业，促进区域经济发展，所以森林资源是人类生活和生产所必需的一种资源，是人类赖以生存的重要基础。但森林经常受到各种灾害的破坏，在危害森林的诸多因子中，尤以森林火灾为其最主要的因子[1] 。因此，加强森林雷击火灾的技术研究，对预防和及早制止森林火灾的发生有着重要的现实意义。从20世纪初至今，对森林火灾的预测和预报已有将近一百年的历史了。一般公认的最早提出林火预测这一概念的是美国的道鲍思(Dubois)，他于1914年提出关于森林火灾预测预报的概念，并论述了关于森林火灾预报的气象要素。我国林业部门也一直在加强对森林火灾的预报研究，2000年，国家森林防火办建立了全国森林防火信息系统，此项目是建立在局域信息中心计算机网络和局域森林防火办公室林火监测网络基础之上，采用Clientserver数据库技术、WWW技术、地理信息系统和遥感技术，能够实现林火监测、预测预报、辅助决策、信息发布等功能，为我国森林防火信息领域的进一步合作打下了基础，是中国高技术产业化示范工程，该工程完成后具有实用的实时运行系统，具有很好的示范作用[2] 。目前，国内外关于雷击森林火灾的研究较少，而且仍停留在过火面积、火灾次数的统计上，还没有形成一套科学合理的森林雷击火灾风险评估技术。由于森林資源的地域性及构成的复杂性，森林雷击受地形、海拔、风向等影响因素众多[3] ，而建立森林雷击火灾风险评估体系是适应森林雷击火灾经济研究和加强雷击火灾管理的需要。基于此，本文以徂徕山林区作为风险评估研究对象，采用统计分析等方法，对徂徕山地区雷电易发区域进行研究。该研究为我国森林雷击灾害风险评估提供了参考依据。

　　1 徂徕山林场地理条件

　　徂徕山林场位于山东省中部，地属泰安市，是鲁中山地丘陵区的中心位置。徂徕山属泰沂山脉，孤立于泰莱平原，山脉东西走向，最高海拔1 027.8 m。地理范围为东经117°16′～117°20′，北纬36°02′～36°07′，长约30 km，北起岱岳区徂徕镇的樱桃园村，南至岱岳区良庄镇的高胡庄村，宽约15 km。根据资料[4] 统计分析可知，泰安市年平均地闪密度为1.39次/(km2 ·a)，高于山东省年地闪密度平均值1.94次/(km2 ·a)。泰安市地闪密度分布整体呈现西低东高的特点，泰安市高值区主要集中在泰山、徂徕山和莲花山山脉附近[10] 。泰安市地闪密度分布图如图1所示。

　　通过综合考虑泰安市地闪密度、雷电流强度分布、地形起伏度、河网密度、人口密度、农村人口比例、第三产业比例、人均GDP、医疗卫生水平等参数，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力等因子，对泰安市雷电灾害风险进行区划，按高风险区、次高风险区、中等风险区、次低风险区和低风险区等5个等级进行划分[5 6] ，得到泰安市雷电灾害风险区划图如图2所示。泰安西部位于次低等风险区域，中部地区位于中等风险区域，北部和东部位于高风险区域;徂徕山林场位于雷电灾害高风险区域。

　　2 徂徕山林场地闪活动特征

　　2.1 地闪活动的年变化特征

　　对2007—2018年徂徕山林场闪电次数进行统计，徂徕山林场闪电次数统计图如图3所示。由图3可以看出，2012年总闪电次数最多，为569次，其次是2009年，为472次，2015年最少，为68次，而2014和2017年均为92次。正闪次数2016年最多，为33次，其次是2018年，为20次，而2009和2010年最少，为3次。

　　2.2 地闪活动的季节变化特征

　　徂徕山林场地闪活动的季节性分布特征明显，在春季(3～5月)，徂徕山林场地闪活动的频率逐渐增加，该季节地闪活动占总量的8.31%。徂徕山林场地闪活动最频繁的时间段集中在夏季(6～8月)，该季节地闪活动占总量的88.06%。而每到秋季(9～11月)，地闪活动的频率迅速减少，该季节地闪活动占总量的3.2%，而冬季只有在2月出现过地闪，该季节地闪活动仅占总量的0.44%。由于徂徕山林场对流活动最活跃、雷电活动最频繁的月份为8月，每年该月平均地闪频率约为1309次，占地闪活动总量的38.41%，7月和6月频率略低。此外，4月份正闪发生率最高，占当月总次数的27%，远高于其他月份。徂徕山林场地闪活动月变化如图4所示。

　　2.3 地闪活动日变化

　　徂徕山林场地闪活动高峰时段是16～21时，但19时有突降，主峰值时间为20时;早晨5～8时出现地闪活动次高峰期，次峰值时间为4时，地闪低发时段为1～4时和10～15时。上述地闪活动的变化可以概括为傍晚前后最频繁，其次是凌晨，而深夜和上午相对较少。这是由于太阳辐射中午达到最大值，下垫面温度升高，层结极易失稳，增加了局部地热对流的发生[7 8] 。结果表明，大部分地闪发生在14时后，日落后太阳辐射急剧减少，对流明显消散，导致地闪活动迅速减少，午夜时地闪活动相对较低。徂徕山林场地闪次数日变化如图5所示。

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文章名称： 徂徕山林场雷击灾害风险分析与评估

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