森林雷擊火集中爆發(fā)發(fā)現(xiàn)難度大 國內(nèi)首個(gè)雷擊火感知系統(tǒng)在大興安嶺業(yè)務(wù)化運(yùn)行
2023-08-14 16:10:06
來源：國家林草局官網(wǎng)
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雷擊火的應(yīng)對(duì)是世界性的難題
雷擊火是嚴(yán)重的自然災(zāi)害，雷擊火的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和防范是世界性的難題。雷擊火的發(fā)生與雷電、氣候、可燃物、地形等因素密切相關(guān)，多位于偏遠(yuǎn)林區(qū)，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)難、精準(zhǔn)定位難、撲救處置難、影響破壞大。中國、美國、加拿大、俄羅斯和澳大利亞等國是雷擊火發(fā)生較多的國家。受氣候變化影響，近年來雷擊火日趨嚴(yán)重，甚至北極夏季雷電活動(dòng)引發(fā)大量雷擊火，引起世界性的關(guān)注。
全球氣候變暖對(duì)雷暴分布、可燃物狀況等產(chǎn)生綜合影響，進(jìn)而影響了對(duì)雷擊火的發(fā)生和分布。地球不同區(qū)域具有不同的雷電特征、地形特征、可燃物特征、天氣條件、海陸影響等，氣候變化引起雷電發(fā)生頻率和分布的改變，引起了森林可燃物類型與可燃物載量的變化，雷擊火發(fā)生概率變大，發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大，防火期延長(zhǎng)，發(fā)生重特大森林火災(zāi)的危險(xiǎn)性加大。
雷擊火發(fā)生日趨嚴(yán)重
大興安嶺、新疆阿爾泰和西南林區(qū)是我國雷擊火最嚴(yán)重的區(qū)域，雷電活動(dòng)活躍、雷擊火頻發(fā)，受氣候變化影響，雷擊火發(fā)生日趨嚴(yán)重。不同區(qū)域具有不同的雷電特征、地形特征、可燃物特征、天氣條件、海陸影響等，其發(fā)生特點(diǎn)和規(guī)律也明顯不同。
2002年7月28日，內(nèi)蒙古大興安嶺北部林區(qū)發(fā)生我國最嚴(yán)重的夏季雷擊火，過火面積1.6萬公頃，受害森林面積1.43萬公頃，直接損失1.5億元，過火后的偃松林至今尚未恢復(fù)。
1980—2022年間，黑龍江、內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)共發(fā)生雷擊火1568次。
除了這三個(gè)區(qū)域，北京、天津、山東等地也有雷擊火的發(fā)生，受氣候變化和極端天氣影響，雷擊火的分布區(qū)有擴(kuò)大的趨勢(shì)。
大興安嶺雷擊火呈多點(diǎn)集中爆發(fā)態(tài)勢(shì)
今年夏季以來，受氣候變化、厄爾尼諾現(xiàn)象等影響，我國極端高溫天氣創(chuàng)歷史新高，干旱、臺(tái)風(fēng)、洪水、雷電等氣象災(zāi)害頻發(fā)。整體看，我國大部分地區(qū)受降雨影響，森林草原火險(xiǎn)等級(jí)偏低。但大興安嶺和新疆阿爾泰地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣高發(fā)，雷電活動(dòng)頻繁，加之持續(xù)干旱，導(dǎo)致雷擊火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)升高。
入夏以后，大興安嶺林區(qū)持續(xù)干旱少雨，日平均氣溫突破20℃，部分地區(qū)出現(xiàn)35℃以上高溫；大部地區(qū)降水偏少，加之強(qiáng)對(duì)流天氣高發(fā)，雷電活動(dòng)頻繁，2023年7月6日0時(shí)至8月6日22時(shí)，黑龍江大興安嶺發(fā)生地閃122845次，內(nèi)蒙古大興安嶺發(fā)生地閃91585次；2022年同期，黑龍江大興安嶺發(fā)生地閃95845次，內(nèi)蒙古大興安嶺發(fā)生地閃85124次。2023年雷電明顯偏多，特別是北部高緯度林區(qū)，高山植被偃松林含水率低、含油率高，發(fā)生雷擊后極易燃燒。
研究表明，大興安嶺雷擊火年均70余次，主要分布在北緯49º—54º，東經(jīng)120º—127º之間，北緯53º是雷擊火最集中的區(qū)域，6月下旬為雷擊火高峰期，13時(shí)—17時(shí)是雷擊火高發(fā)時(shí)段。近年來，雷電活動(dòng)呈日數(shù)增加、開始日期提前和結(jié)束日期延后的趨勢(shì)。2022年大興安嶺林區(qū)8月份和9月份各發(fā)生一次雷擊火。然而，2023年雷擊火高發(fā)期明顯延后，僅8月份第一周就發(fā)生了25起雷擊火，整體數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)超2022年。
雷擊火集中爆發(fā)的原因
雷電發(fā)生具有時(shí)空隨機(jī)性、危險(xiǎn)性、瞬時(shí)性，特別是不同地區(qū)之間閃電特有的差異性，這些都增加了對(duì)閃電、放電引燃物理過程和活動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)的難度。雷擊火的發(fā)生與雷電發(fā)生、可燃物狀況、氣候條件、地形等因素密切相關(guān)，這些因素的共同作用，使得雷擊火的分布具有一定的時(shí)空特征。
雷擊火的發(fā)生與可燃物類型、雷擊類型、地形和植被結(jié)構(gòu)都有密切關(guān)系。季節(jié)性降水量減少和可燃物含水率的降低對(duì)雷擊火的多發(fā)起到?jīng)Q定性的作用。尤其降水減少的月份與雷擊月份相一致。雷擊火源和季節(jié)性水分的不均衡性可能在濕潤的氣候狀況下也會(huì)引發(fā)頻繁的火災(zāi)。密集雷電過后，產(chǎn)生少量降水，但降水不足和不均勻?qū)е驴扇嘉锶匀缓?，處于易燃狀態(tài)。雷電活動(dòng)和降水時(shí)空不同步或降水偏少，無法有效降低可燃物的易燃性，是導(dǎo)致雷擊火的主要原因。
雷擊火發(fā)生除了與雷電過程和天氣條件有關(guān)，也與可燃物燃燒性，可燃物分布、地形特征、可燃物含水率等有關(guān)。大興安嶺林區(qū)可燃物豐富，地表枯落物和腐殖質(zhì)層厚，為雷擊火發(fā)生創(chuàng)造條件。雷擊火是由雷暴形成的“連續(xù)電流”的閃電接觸地面具備燃燒條件的可燃物發(fā)生的火災(zāi)。可燃物是否點(diǎn)燃依賴于電流持續(xù)的時(shí)間、閃電擊中可燃物的類型，前期天氣以及雷擊發(fā)生時(shí)天氣狀況。降水偏少導(dǎo)致可燃物含水率偏低，腐殖質(zhì)層和枯落物層極為干燥，一旦被雷電擊中，可燃物易被引燃。
引發(fā)雷擊火的密集型閃電發(fā)生前期多有個(gè)快速升溫的過程，伴隨空氣濕度下降、風(fēng)速變大的過程，最高氣溫和引發(fā)雷擊火的閃電時(shí)間基本一致，也是相對(duì)濕度最低、風(fēng)速最高的時(shí)間段。密集型雷電過程耦合天氣和可燃物狀況是引發(fā)大量雷擊火的主要原因，占雷擊火數(shù)量的多數(shù)，受雷電數(shù)量多和波及區(qū)域廣的影響，表現(xiàn)為雷擊火爆發(fā)時(shí)間集中，多區(qū)域多點(diǎn)接連爆發(fā)，雷擊火潛伏期短，初始火蔓延速度和火強(qiáng)度高，對(duì)發(fā)現(xiàn)雷擊火和快速撲救能力要求極高，撲救難度大。
極端的天氣條件往往容易引發(fā)群發(fā)和大面積的雷擊火災(zāi)。氣候變暖和極端天氣影響，干雷暴天氣發(fā)生更加頻繁，研究表明大興安嶺在不同氣候情景下，雷擊火發(fā)生概率均有所增加。氣候變化導(dǎo)致異常天氣增多，密集型雷電過程增多，群發(fā)雷擊火頻繁發(fā)生。
雷擊火潛伏期發(fā)現(xiàn)難度大
雷擊火發(fā)生過程遵循閃電點(diǎn)燃可燃物—可燃物陰燃—有焰燃燒三個(gè)階段。雷擊火的發(fā)生高度依賴于可燃物干燥度和當(dāng)時(shí)的火環(huán)境。從雷擊點(diǎn)燃可燃物到雷擊火被發(fā)現(xiàn)的這段時(shí)間稱為雷擊火潛伏期，受可燃物性質(zhì)、閃電和天氣特征的共同影響。由于雷擊火發(fā)生初期的隱蔽性較高，且容易發(fā)生在偏僻、交通不便的林區(qū)，監(jiān)測(cè)和撲救難度較大。
天氣條件是影響雷擊火潛伏期最主要的因素，通常在高溫、干燥、大風(fēng)的高火險(xiǎn)天氣，引燃后的潛伏期會(huì)相對(duì)更短，甚至直接燃燒引發(fā)火災(zāi)。在火險(xiǎn)較高的時(shí)間段和區(qū)域潛伏期相對(duì)較短，主要受雷擊發(fā)生時(shí)和潛伏期間細(xì)小可燃物的干燥程度的影響，潛伏期間干旱程度的變化也會(huì)影響潛伏期的長(zhǎng)短。大興安嶺地區(qū)泥炭沼澤地豐富，如果被閃電引燃從而形成地下火，難以被人們發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)潮濕的林區(qū)和生長(zhǎng)期，潛伏期相對(duì)較長(zhǎng)。2022年最長(zhǎng)潛伏期超過19天，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2023年最長(zhǎng)時(shí)間潛伏期已經(jīng)超過20天。
受氣候變化、厄爾尼諾現(xiàn)象、干旱的影響，北部林區(qū)森林可燃物極端干燥。夏季是植被生長(zhǎng)季節(jié)，相較于春季，易引發(fā)深層次的腐殖質(zhì)和泥炭層蔓延，引發(fā)地下火。雷擊火發(fā)生時(shí)的特殊火環(huán)境，如降水少、長(zhǎng)期干旱、腐殖質(zhì)層和泥炭層深厚且含水率低等，也都為雷擊火引發(fā)地下火創(chuàng)造了有利條件。長(zhǎng)期干旱不僅導(dǎo)致地表枯落物含水率非常低，還會(huì)使腐殖質(zhì)層可燃物含水率大幅降低，一旦被雷電擊中，可燃物易被引燃，且能快速在地表枯落物和腐殖質(zhì)層中燃燒蔓延，不僅陰燃時(shí)間短，還極易出現(xiàn)多點(diǎn)爆發(fā)的狀況，火場(chǎng)面積迅速擴(kuò)大。
黑龍江大興安嶺雷電活動(dòng)（8月2日?qǐng)?bào)告）
大興安嶺雷擊火時(shí)空分布特征
大興安嶺雷擊火的分布有明顯的聚集性特征，大興安嶺雷擊火的分布在經(jīng)度方向和緯度方向具有一定的聚集性，但緯度方向聚集性更高。超過90%的雷擊火分布在坡度0-20度內(nèi)。海拔在200-800米區(qū)間，雷擊火數(shù)量隨海拔升高而增加。雷擊火在不同坡向上的分布存在明顯規(guī)律，總體上，南坡、東南坡、西南坡和東坡等陽坡的雷擊火數(shù)量明顯高于西坡、東北坡、西北坡和北坡等陰坡。
氣象因子、可燃物因子和地形因子構(gòu)成了雷擊火發(fā)生的火環(huán)境，雷擊火主要與雷暴的活動(dòng)密切相連。雷暴有地方性雷暴和鋒面雷暴。地方性雷暴是由于地形作用，只局限于一定的區(qū)域；鋒面雷暴是由于冷氣團(tuán)的作用，暖氣團(tuán)抬高形成的雷暴，能在鋒面上幾處同時(shí)發(fā)生。雷擊火的分布首先與雷暴系統(tǒng)的路徑有關(guān)，其次與植被狀況和地形的特性分不開，降水、平均溫度對(duì)雷擊火發(fā)生起主導(dǎo)作用。
雷擊木
雷擊火的主要預(yù)警監(jiān)測(cè)手段
隨著全球氣候變暖，氣溫異常變化等因素導(dǎo)致雷擊火的可能性增大，災(zāi)害的突發(fā)性和異常性愈發(fā)明顯。黨和政府高度重視森林草原火災(zāi)防控，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于全面加強(qiáng)新形勢(shì)下森林草原防滅火工作的意見》，明確提出“大力提升預(yù)警監(jiān)測(cè)能力。建立上下貫通、左右銜接、融合集成的預(yù)警監(jiān)測(cè)體系”，“開展雷擊火監(jiān)測(cè)應(yīng)對(duì)科技攻關(guān)，抓緊建立重點(diǎn)林區(qū)雷擊火預(yù)警系統(tǒng)”。國家林草局對(duì)雷擊火防控工作高度關(guān)注，要求“組織研究雷擊火監(jiān)測(cè)預(yù)警科技攻關(guān)課題”，重大應(yīng)急科技項(xiàng)目實(shí)施“揭榜掛帥”。2021年3月30日國家林草局“揭榜掛帥”項(xiàng)目“森林雷擊火防控應(yīng)急科技項(xiàng)目”啟動(dòng)。
歷經(jīng)2年研發(fā)建成國內(nèi)首個(gè)以全波三維雷電探測(cè)網(wǎng)為主體的雷擊火監(jiān)測(cè)體系。項(xiàng)目組共安裝全波三維閃電定位儀17臺(tái)，研發(fā)了雷擊火感知系統(tǒng)，已經(jīng)在大興安嶺林區(qū)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。
雷擊火氣象監(jiān)測(cè)站搭建
雷擊火發(fā)生趨勢(shì)分析和應(yīng)對(duì)措施
綜合考慮歷史火情、雷電活動(dòng)、火源特征、前期天氣背景、可燃物狀況、天氣變化趨勢(shì)等因素，最近一段時(shí)間，預(yù)計(jì)黑龍江西北部、內(nèi)蒙古北部、新疆北部的部分區(qū)域的森林草原火險(xiǎn)等級(jí)為較高雷擊火風(fēng)險(xiǎn)。其中，黑龍江大興安嶺大部、內(nèi)蒙古大興安嶺大部和新疆阿爾泰部分區(qū)域的雷擊火火險(xiǎn)等級(jí)為高火險(xiǎn)。
未來一段時(shí)間，黑龍江、內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)，新疆阿爾泰林區(qū)處于輕度干旱狀況，雷電頻繁，易形成干雷暴天氣，雷擊火危險(xiǎn)性升高。各地需加強(qiáng)預(yù)警監(jiān)測(cè)、瞭望值守工作。各地林草防火主管部門應(yīng)密切關(guān)注天氣變化，尤其是持續(xù)高溫、干旱、大風(fēng)、雷電等極端天氣的出現(xiàn)，深入分析研判，加強(qiáng)防范部署、嚴(yán)格落實(shí)值班巡護(hù)，提早做好撲火準(zhǔn)備工作，做到火災(zāi)隱患早發(fā)現(xiàn)、早處置，確保林區(qū)生產(chǎn)生活安全。
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