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四川省雷击火时空分布特征及影响因素分析

林业科学 2023年第10期59卷 32-40页

作者：陈涤非王明玉司莉青赵凤君李威李伟克舒立福中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091 国家林草局森林保护学重点实验室北京100091 四川省林业科学研究院森林和湿地生态恢复与保育四川省重点实验室成都610084

【目的】研究四川省雷击火时空分布规律,分析影响雷击火发生的主要影响因素,为四川省雷击火防控提供理论基础和参考依据。【方法】以四川省2001—2021年雷击火历史统计数据为基础,分析了该省雷击火在不同时间尺度上的变化特征,使用多距... 详细信息

【目的】研究四川省雷击火时空分布规律,分析影响雷击火发生的主要影响因素,为四川省雷击火防控提供理论基础和参考依据。【方法】以四川省2001—2021年雷击火历史统计数据为基础,分析了该省雷击火在不同时间尺度上的变化特征,使用多距离空间聚类分析等方法分析了雷击火的空间分布状况与格局;利用地理信息技术、SPSS统计软件等工具,通过对历史气象数据、数字高程模型(DEM)数据、林地资源数据等进行处理,分析了地形、气象、植被等因素对四川省雷击火的影响。【结果】2001—2021年四川省共发生雷击火72起,多发生于3—6月,其中4月是集中高发期;主要发生时段为14:00—18:00,其中15:00—16:00是雷击火最易发生的时间段。雷击火主要集中在川西南的凉山州、攀枝花市以及川西的甘孜州,尤以雅砻江流域最为集中。降水量、相对湿度是影响四川省雷击火发生次数的主要气象因子,气温、风速影响不显著。除气象因子外,雷击火受地形、植被类型影响明显,雷击火主要发生在海拔2 500~4 000 m范围内、坡度26°~45°之间、以及半阳坡或半阴坡。最易发生雷击火的林分类型是高山松林,其次为云南松林。【结论】四川省雷击火在月、日2个时间尺度下分布规律明显,多发生于夏季的下午时段;在空间上具有显著的空间聚集性特征,主要聚集在甘孜州、凉山州,尤其是雅砻江中下游区域;雷击火发生受降水量、相对湿度等气象因子影响显著,且在特定地形条件和植被类型中具有易发性。

关键词：四川雷击火时空分布森林火灾

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雷电、雷击火发生与人类活动关系

林业科学 2022年第11期58卷 1-9页

作者：司莉青苑尚博赵凤君舒立福王明玉马启明中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国科学院电工研究所北京100190

雷电是最常见的自然火灾原因,雷电引发的雷击火与其他类型森林火灾,共同组成全球林火体系。一般认为,作为自然火源的雷击火与人类活动没有关系,是区别于人为火源的,但其实不然,如2019年以来受新冠疫情封控影响,非必要活动和流动性减少,... 详细信息

雷电是最常见的自然火灾原因,雷电引发的雷击火与其他类型森林火灾,共同组成全球林火体系。一般认为,作为自然火源的雷击火与人类活动没有关系,是区别于人为火源的,但其实不然,如2019年以来受新冠疫情封控影响,非必要活动和流动性减少,污染物浓度和闪电均显著下降。本研究将雷击火与人类现代化进程、居住地扩张、下垫面变化、预测技术与扑救技术发展以及国家法律法规相联系,探究人类活动对闪电以及森林雷击火发生的影响。闪电是雷击火发生三要素(火源、可燃物、有利于火扩散的环境)中的火源,能引发雷击火的闪电主要是云地闪电,近几十年来人类活动影响环境中的气溶胶含量,而气溶胶是影响闪电的主要因素,城市地区排放的大量污染气溶胶、生物质燃烧排放的烟尘气溶胶以及城市热岛效应均使闪电发生概率提高。不同地表覆盖类型的年均地闪密度差异较为明显,建设用地的年均地闪密度最高。森林区域的强闪电密度大,陡度也较高,森林大多分布在高海拔区域,与之前研究的高海拔地区闪电频次高是吻合的。闪电强度大、陡度高,破坏力更强,森林区域容易发生雷击事故。雷电具有选择性放电的特征,即会向一些特殊地区放电,这些特殊地区被称为雷击选择区,如地下水露出地面的地方、不同电导土质相接的地方、地下有金属矿体(如铜矿、铁矿)以及地下湖泊和水库区。人类挖矿留下的矿区废石场、山顶修建水库、山区铺设输电线路等活动均会造成土壤电导率变化,进而带来雷击,同时由于山区树木繁多,避免由此引发的雷击火也同样重要。随着雷电监测技术的发展,我国部分地区建立了闪电定位监测系统,特别是2021年国家林业和草原局启动森林雷击火防控“揭榜挂帅”应急科技攻关项目,项目组构建了以全波形三维雷电探测网为主体的大兴安岭雷击火感知系统,覆盖大兴安岭林区,可以实时精准定位云地闪发生位置,雷击火监测预警能力和雷击火发现效率显著提高。国家法律法规则通过影响森林植被和气候变暖而间接影响雷击火。该研究有望为未来森林雷击火的发生及防控预警提供参考,并为制定相应政策提供依据。

关键词：雷电雷击火人类活动现代化进程监测预警

基于多源数据和机器学习方法的大兴安岭地区雷击火驱动因子及火险预测模型

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林业科学 2023年第6期59卷 74-87页

作者：焦强英韩宗甫王炜烨刘迪潘鹏旭李博张念慈王萍陶金花范萌山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 黑龙江省应急航空救援幸福站哈尔滨150000 南京森林警察学院南京210023 黑龙江省森林草原防火预警监测中心哈尔滨150036 大兴安岭地区气象局加格达奇165000 黑龙江省森林保护研究所哈尔滨150040

【目的】基于长时间序列多源数据,开展雷击火驱动因子分析,采用机器学习方法构建动态、高分辨率雷击火火险预测模型,为雷击火防控提供支撑。【方法】分析大兴安岭地区2010—2020年雷击火时空分布规律,基于闪电监测数据、卫星遥感数据、... 详细信息

【目的】基于长时间序列多源数据,开展雷击火驱动因子分析,采用机器学习方法构建动态、高分辨率雷击火火险预测模型,为雷击火防控提供支撑。【方法】分析大兴安岭地区2010—2020年雷击火时空分布规律,基于闪电监测数据、卫星遥感数据、气象再分析资料、DEM等多源数据选取闪电、气象、植被、地形4类18个雷击火潜在驱动因子,研究其特征及与雷击火发生的关系;提取历史雷击火点和随机生成的非雷击火点对应的驱动因子,构建原始样本集,计算各驱动因子的重要性和相关性矩阵进行驱动因子挑选;基于优化后的训练样本集,采用梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)和极端随机树(ERT)3种集成学习模型进行雷击火火险预测能力评估,选择表现最优的方法用于构建大兴安岭地区雷击火火险预测模型并应用。【结果】2010―2020年大兴安岭雷击火出现次数最多和最少的年份分别为2015和2012年,主要集中于5―7月,发生时段主要集中于10:00―17:00;雷击火高发区为漠河县、塔河县、新林区和呼中区。闪电与雷击火的空间分布基本一致,但闪电越多雷击火发生次数不一定越多,2011年闪电次数最多,为114632次,雷击火仅出现11次。在闪电强度为-20~-40 kA、陡度为-4~-8 kA·μs-1、相对湿度小于40%、降水量小于4 mm、气温大于29℃、大气压为91~95 kPa且风速为1~3 m·s-1的气象条件下更易发生雷击火。NDVI(归一化植被指数)、GPP(总初级生产力)、Et(蒸散量)、NPP(净初级生产力)大小与雷击火发生呈正相关。雷击火在海拔300~900 m、坡度0~12°范围内出现次数较多,坡向对雷击火发生影响不大。特征选择后剩余13个特征参量分别参与3种集成学习算法模型构建,其中,ERT模型预测能力最好,其AUC达0.97,查准率、查全率和F1 Score均高于GBDT和RF模型。ERT模型预测的高风险区与实际雷击火点分布区的空间一致性很好。【结论】利用多源大数据,尤其是卫星观测数据,获取更多与雷击火发生有关的潜在驱动因子,并依靠机器学习,能够较好体现因子间非线性关系及自行学习参数间复杂关系能力的优势,本研究构建的雷击火火险预测模型具备很好的泛化性、自适应性和较高的空间分辨率。

关键词：雷击火火险预测机器学习遥感闪电

大兴安岭1980—2021年雷击火时空分布特征

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林业科学 2023年第10期59卷 22-31页

作者：李威舒立福王明玉李伟克苑尚博司莉青赵凤君宋佳军王亚惠中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091 国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国科学院电工研究所北京100190

【目的】分析1980—2021年大兴安岭雷击火发生历史,了解该地区雷击火的时空分布规律以及42年间的动态变化,为雷击火防控提供科学依据。【方法】基于1980—2021年大兴安岭雷击火统计资料、研究区行政区划、DEM数字高程模型,计算得到研究... 详细信息

【目的】分析1980—2021年大兴安岭雷击火发生历史,了解该地区雷击火的时空分布规律以及42年间的动态变化,为雷击火防控提供科学依据。【方法】基于1980—2021年大兴安岭雷击火统计资料、研究区行政区划、DEM数字高程模型,计算得到研究区的海拔、坡向和坡度分布图及对应面积,结合研究区划图,分析雷击火的空间分布特征与动态变化趋势。【结果】1)在1980—2021年间,大兴安岭地区共发生雷击火1651起,过火总面积473088.8 hm2。89.4%的雷击火过火面积在100 hm2以内。2000—2021年雷击火数量约为1980—1999年的3.5倍。95.9%的雷击火发生在5—8月,52%的雷击火发生在13:00—17:00,雷击火数量在6月15日春季防火期结束的几天内迅速增加。经度上,雷击火集中在121.2°E和122.5°E 2个中心附近;纬度上,80%的雷击火集中于51°N—53.5°N之间。不同行政区划的雷击火密度和雷击火面积比差异显著,总体上黑龙江全面高于内蒙古。雷击火集中于坡度4°~12°,占总数48.9%;坡度大于4°时,雷击火数量出现随坡度升高而减少的趋势。海拔范围600~800 m内的雷击火最多,占总数33.2%;只有1.3%的雷击火发生在海拔1200 m以上地区。西南坡雷击火最多,为219起(13.9%);西北坡雷击火最少,为177起(11.2%)。2)有关因子与雷击火数量的Pearson相关分析表明,雷击火数量与经度(R=–0.155,P≤0.001)、坡度(R=–0.523,P≤0.001)存在极显著负相关,与对应海拔面积(R=0.336,P≤0.001)、林业局面积(R=0.559,P≤0.001)存在极显著正相关,与对应坡度面积(R=0.734,P≤0.05)存在显著正相关,与纬度、海拔、对应坡向面积不存在显著相关。3)雷击火活跃日数在1980—1985年最少(35±16.1)天,1986—1997年开始上升(77.3±58.5)天,1998—2011年达到高峰(112.1±47.9)天,2012—2021年出现回落(68.1±33.2)天。以5年为间隔将1980—2021年划为8个时期后,第3~7个5年时期中的雷击火第一次高峰日存在逐渐前移的现象。【结论】大兴安岭的雷击火数量从2000年开始出现明显上升,一年中6月最多而8月最少,一天中以13:00—16:00最多而23:00—5:00最少;雷击火在空间上的分布有聚集趋势,除坡向外,其他空间类型基本符合面积越大,雷击火数量越多的规律。雷击火在不同坡向分布的差异明显,主要表现为南较北多,东较西多;在1980—2021年间的4个时期(1980—1985、1986—1997、1998—2011、2012—2021年)雷击火活跃日呈“平缓—上升—高峰—回落”的动态变化。雷击火第一次峰值日在年尺度上无明显规律,但在5年尺度上从第3~7个5年期间累积提前了24天。

关键词：大兴安岭雷击火时空分布动态特征

密集雷电引发大兴安岭群发雷击火过程及其影响因素

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林业科学 2022年第11期58卷 10-20页

作者：王明玉苑尚博李威李伟克宋佳军司莉青王亚惠赵凤君田晓瑞李笑笑舒立福中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091 国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国科学院电工研究所北京100190

【目的】分析引发雷击火各因素的数量化特征,明确密集型雷电过程中各影响因素对雷击火发生影响的机制。【方法】基于雷击火感知体系,对监测到的雷电指标、气象因子和雷击火发生指标进行系统分析,分析2022年春防期大兴安岭雷击火发生的... 详细信息

【目的】分析引发雷击火各因素的数量化特征,明确密集型雷电过程中各影响因素对雷击火发生影响的机制。【方法】基于雷击火感知体系,对监测到的雷电指标、气象因子和雷击火发生指标进行系统分析,分析2022年春防期大兴安岭雷击火发生的基本情况和密集型雷电过程对雷击火发生的影响,引发雷击火的闪电的数量化特征,以及雷电定位精度和雷击火潜伏期。【结果】2022年大兴安岭春防期共发生了22起雷击火,其中18起为密集型雷电过程引发。地闪和云闪在正负电流区间各有1个峰值,地闪的高频峰值在负电流区,云闪的高频峰值在正电流区。负地闪占地闪总数的82.82%,地闪在-8~-50 kA形成高频次区间,引发雷击火的数量最多,占负地闪数量的84.5%,占地闪总数的70%。在10~30 kA形成正地闪高频区间,占正地闪数量的74.2%,占地闪总数的12.7%,数量远低于负地闪区间。春防期引发雷击火的电流强度平均值为-22.72 kA,最强电流为-48.34kA,最弱电流为-8.70kA。引发雷击火的闪电发生时间相对集中,雷击火多由中午前后的地闪引燃。引发雷击火的密集型闪电发生前有快速升温,伴随空气湿度下降、风速增大的过程,日最高气温和引发雷击火的闪电发生时间基本一致,也是相对湿度最低、风速最高的时间段。春防期雷击火潜伏期从0.56 h至17.62 h。雷电探测定位精度为165~884 m,平均精度为394.5 m。有两起雷击火有雷击木定位坐标,定位精度达到165 m和170 m。【结论】密集型雷电过程引发群发雷击火占雷击火数量的多数,群发雷击火的发生由密集雷电过程耦合极端天气条件,在干旱和可燃物易燃的的条件下发生。雷电过程和降水过程不同步或降水偏少,前期有快速升温过程,密集型雷电过程伴随着气温下降,雷击火多发生在此天气转折期间。在雷击火的监测和预警过程中尤其要关注干旱条件下的密集雷电过程。

关键词：雷击火雷电全波形三维闪电定位系统电流强度气象

黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律及变化趋势

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林业科学 2024年第4期60卷 136-146页

作者：李伟克舒立福王明玉李威司莉青赵凤君李笑笑周暖阳中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林保护学重点实验室北京100091

【目的】对比分析黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律的差异性变化,为研究区针对性的开展火源管理及合理制定火灾防控政策提供科学依据和参考。【方法】基于研究区1966—2021年间发生的森林火灾数据,按火因归类筛选出雷击火和人... 详细信息

【目的】对比分析黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律的差异性变化,为研究区针对性的开展火源管理及合理制定火灾防控政策提供科学依据和参考。【方法】基于研究区1966—2021年间发生的森林火灾数据,按火因归类筛选出雷击火和人为火,通过方差分析、线性拟合等方法对比分析雷击火与人为火在不同时间尺度上的发生差异、规律变化及火灾季的变化趋势。【结果】1966—2021年间研究区共发生森林火灾1887起,其中雷击火932起,人为火503起,占比分别为49.39%和26.66%。雷击火与人为火在发生年份、月份和时段等不同时间尺度上均有显著差异。研究区雷击火数量呈波动增加,而人为火数量呈波动减少的趋势,尤其是1987年之后研究区雷击火数量逐渐高于人为火,但从整体看研究区森林火灾总数变化并不显著。从火灾面积来看,研究区雷击火面积整体呈增加趋势,而人为火和总森林火灾面积呈减少趋势。研究区雷击火集中发生在6、7月份,人为火多发生于4、5月份,且呈现夏季防火期雷击火数量显著增多,但雷击火面积变化并不显著,春季防火期人为火数量和面积显著减少的变化趋势。从发生时段上看,研究区人为火高发时段为10:00—15:00,而雷击火高发期在12:00—17:00。雷击火和人为火在不同时间尺度上的变化差异造成了研究区火灾季节的变动,其中雷击火灾季呈延后扩张的趋势,人为火灾季呈逐渐缩短的趋势,总森林火灾季呈收缩变短的趋势。【结论】受气候变化及防火政策的影响,黑龙江大兴安岭雷击火与人为火之间的发生规律具有明显的差异性,根据不同火灾类型的发生特点和变化趋势,开展针对性的火灾防控工作是有效降低研究区森林火灾风险的必要前提。

关键词：黑龙江大兴安岭雷击火人为火变化趋势对比分析

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世界森林雷击火研究现状和展望

世界林业研究 2022年第2期35卷 34-40页

作者：舒洋孙子瑜张恒内蒙古农业大学林学院呼和浩特010019 内蒙古赛罕乌拉森林生态系统国家定位观测研究站内蒙古赤峰025150

野火是植物生态系统中最严重的自然灾害。野火的重要组成部分-雷击火是一种复杂且难以控制的自然现象,给人类和生态环境造成了巨大损失,人类活动已在全球范围内显著影响了雷击火的发生与分布。由于雷电的随机性,其观测实验和理论研究非... 详细信息

野火是植物生态系统中最严重的自然灾害。野火的重要组成部分-雷击火是一种复杂且难以控制的自然现象,给人类和生态环境造成了巨大损失,人类活动已在全球范围内显著影响了雷击火的发生与分布。由于雷电的随机性,其观测实验和理论研究非常困难。因此雷击火成为全球变化及其环境影响研究的关键议题之一,各国对雷击火的预测研究给予了高度重视。结合相关研究文献发现,在雷击火形成因素、雷电预测预报模型、人工干预3个方面形成了较为系统的研究结果。文中在基于对其评述的基础上,总结雷击火的研究现状,展望未来的研究方向,以期为深入研究雷击火中能量来源-雷电和更高效地建立预测模型提供启发和参考。

关键词：森林火灾雷击火影响因素预测模型人工干预

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雷击火

草原 2010年第9期 22-32页

作者：袁玮冰

一雷击火在大兴安岭上肆虐。火场已无法控制,我们这些扑火队员在小巴亚的山谷里滚打了三天三夜,现在接到了命令:向山下撤。队员们迈着紧张而疲惫的步子向安全的地方撤退。过火林地里。

关键词：柱子大兴安岭燕子雷击火祥子母亲老人队员森林公路

黑龙江大兴安岭林区雷击火时空分布及驱动因素分析

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2022年第12期50卷 64-76页

作者：臧桐汝舒立福王明玉赵凤君同小娟司莉青陈锋北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

【目的】研究大兴安岭地区雷击火的发生规律和关键影响因素,为大兴安岭林区雷击火防控决策提供指导。【方法】基于1968-2010年黑龙江大兴安岭地区的雷击火历史统计数据,以及雷电定位监测数据、植被数据、气象数据、DEM数据等,利用Arcma... 详细信息

【目的】研究大兴安岭地区雷击火的发生规律和关键影响因素,为大兴安岭林区雷击火防控决策提供指导。【方法】基于1968-2010年黑龙江大兴安岭地区的雷击火历史统计数据,以及雷电定位监测数据、植被数据、气象数据、DEM数据等,利用Arcmap和统计软件从雷电活动(雷电流强度、陡度、电流极性、能量)、气象因子(降水量、风速、相对湿度、气温)、林分类型(落叶松林、阔叶林、针阔混交林、灌木林等)和地形(坡度、坡向、海拔)等方面,分析大兴安岭地区雷击火的发生规律。【结果】黑龙江大兴安岭地区1968-2010年共发生508次雷击火,主要集中在5-8月份,其中6月份最为频繁;10:00-17:00是雷击火高发时段;阿木尔、塔河、呼中、新林和松岭是大兴安岭雷击火易发地区。雷电活动对雷击火发生有一定影响,引发雷击火的闪电多为负闪,雷电流强度和陡度分别为-10~-1 kA和-10~-1 kA/μs,雷电流释放的能量与雷击火的发生之间无明显规律性。气象因子中,气温与雷击火发生呈极显著正相关,降水量、相对湿度和风速与雷击火发生相关性不显著。雷击火的发生同样受林分类型和海拔的影响,主要发生在落叶松林中,0°~10°坡度雷击火发生较频繁,坡向对其影响并不显著,海拔300~900 m的地区为雷击火高发区。【结论】明确了大兴安岭地区雷击火的发生规律及影响因素,建议在夏季尤其是6月份对重点林区进行雷击火的监测和预防。

关键词：大兴安岭雷击火森林火灾雷电活动