一種森林火災(zāi)天氣指數(shù)預(yù)警系統(tǒng)及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種森林火災(zāi)指數(shù)預(yù)警系統(tǒng)（FWI系統(tǒng)）及其在森林火險(xiǎn)預(yù)警中的具體應(yīng)用，通過實(shí)時(shí)測定特定地區(qū)的自然條件的濕度、光照時(shí)間、風(fēng)速等參數(shù)，對森林火險(xiǎn)的危險(xiǎn)程度進(jìn)行預(yù)測，達(dá)到對各種火險(xiǎn)指標(biāo)的進(jìn)行量化的效果。
【專利說明】一種森林火災(zāi)天氣指數(shù)預(yù)警系統(tǒng)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種森林火災(zāi)天氣指數(shù)(FWI指數(shù))預(yù)警系統(tǒng)及其具體應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然在人類歷史棲息地遷移中一直伴隨著森林火災(zāi),但是森林大火不是一般的自然災(zāi)害，而是嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境的自然災(zāi)害，威脅著人類生命財(cái)產(chǎn)安全。森林火災(zāi)不僅破壞森林資源，而且嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大，已成為21世紀(jì)全球生態(tài)安全最大威脅。目前全球年均發(fā)生森林火災(zāi)20多萬起,燒毀森林640萬公頃，占全球森林總面積的1.8%。。我國是森林火災(zāi)較為嚴(yán)重的國家之一，由于自然與歷史的原因,森林火災(zāi)頻頻發(fā)生，對我國森林資源和生態(tài)環(huán)境的破壞十分嚴(yán)重，不僅燒毀森林，降低林分密度，還破壞森林結(jié)構(gòu)、降低森林的利用價(jià)值。近年來，我國森林火災(zāi)愈加頻繁，1950年至2012年的63年間，累計(jì)發(fā)生森林火災(zāi)79.8萬起，受害森林面積3806萬公頃，相當(dāng)于目前年均造林面積的6倍多，因?yàn)?zāi)傷亡33551人。其中，1987年5月6日發(fā)生在大興安嶺林區(qū)的森林大火震驚中外，過火林地面積為114萬hm2，燒毀了二個(gè)林業(yè)局所在的城鎮(zhèn)，9個(gè)林場，211人喪生，5萬人無家可歸困。盡管2012年為火災(zāi)損失較少的年份，仍然發(fā)生森林火災(zāi)3966起，受害面積近1.4萬公頃，傷亡21人。
[0003]林火的高發(fā)性和破壞性決定了林火防控的重要性。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用先進(jìn)的技術(shù)手段和方法實(shí)現(xiàn)林火的高效防控和自動監(jiān)測已逐漸成為可能，國家林業(yè)局也明確提出了“加快林業(yè)信息化，帶動林業(yè)現(xiàn)代化”的奮斗目標(biāo)。因此，研究高效的基于信息技術(shù)的林火防控系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)已迫在眉睫。因此如何科學(xué)有效的對林火進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，最大限度的減少林火發(fā)生以及由火災(zāi)帶來的損失一直是我國林業(yè)管理部門和科研部門十分關(guān)注的問題，多年來產(chǎn)生了很多的研究成果，但由于我國林火研究起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距。
[0004]在關(guān)于森林火災(zāi)預(yù)防預(yù)警方面的研究中，國外一直走在前列，其中最為著名的為加拿大森林火災(zāi)指標(biāo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)誕生于1972年。其科研人員參考了大量的加拿大國內(nèi)的火災(zāi)資料和天氣資料，利用水熱平衡原理，加拿大林務(wù)局于1968年提出以模型的形式研究國家級林火預(yù)報(bào)系統(tǒng)。加拿大森林火險(xiǎn)系統(tǒng)(CFFDRS)由四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，火險(xiǎn)天氣指標(biāo)子系統(tǒng)(WI),火災(zāi)行為子系統(tǒng)(FBP),火災(zāi)發(fā)生子系統(tǒng)(FOP)和火災(zāi)負(fù)荷子系統(tǒng)。加拿大火險(xiǎn)天氣指標(biāo)系統(tǒng)是建立在三方面的基礎(chǔ)資料(氣象因子、可燃物含水率計(jì)算、小型野外點(diǎn)火試驗(yàn))的基礎(chǔ)上，以數(shù)學(xué)分析同野外試驗(yàn)相結(jié)合的方法研制出的經(jīng)驗(yàn)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)以中午降水量相對濕度、溫度、風(fēng)速和前24小時(shí)降雨量為4個(gè)基本輸入變量，以3個(gè)濕度碼來反映火災(zāi)難易程度、蔓延速度以及能量釋放速率。
[0005]加拿大森林火險(xiǎn)等級系統(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。森林火險(xiǎn)氣候指數(shù)系統(tǒng)是其重要組成部分，該指標(biāo)體系以時(shí)滯-平衡含水率理論為基礎(chǔ)，將氣象條件和可燃物含水率有機(jī)地聯(lián)系起來，通過天氣條件的變化計(jì)算可燃物含水率的變化。再根據(jù)不同大小或位置的可燃物含水率確定潛在火險(xiǎn)等級。由于該系統(tǒng)將火險(xiǎn)與可燃物含水率有機(jī)結(jié)合在一起，使得該系統(tǒng)得到了世界各國森林防火界的普遍認(rèn)同。
[0006]我國在1978年以后，林火預(yù)報(bào)研究由火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)向林火發(fā)生預(yù)報(bào)和林火行為發(fā)生預(yù)報(bào)發(fā)展，并開始研制全國性的林火預(yù)報(bào)系統(tǒng)。1987年黑龍江省森保所與黑龍江省科學(xué)院自動化所合作，研制出我國的“森防SF森林天氣自動遙測系統(tǒng)”。香港科技大學(xué)聯(lián)合清華大學(xué)等設(shè)計(jì)了“綠野千傳”無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)。此外，北京林業(yè)大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京郵電大學(xué)以及西安電子科技大學(xué)等在積極努力研究基于無線傳感網(wǎng)的林火預(yù)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，取得一定成果。但到目前為止，我國還沒有建立國家級林火預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。
[0007]由于森林火災(zāi)發(fā)生影響因素眾多，并且原因復(fù)雜，很難從理論上進(jìn)行準(zhǔn)確量化，所以目前在森林火災(zāi)研究中，主要以火災(zāi)監(jiān)測為主，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)第一時(shí)間掌握火災(zāi)情況。本發(fā)明首先分析了引起火險(xiǎn)的潛在因素，對各種火險(xiǎn)指標(biāo)的量化數(shù)據(jù)運(yùn)行和分析發(fā)展中國的森林火險(xiǎn)等級系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明根據(jù)具體氣候條件，對加拿大森林火險(xiǎn)指數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，形成了更加通用的森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)預(yù)警系統(tǒng)FWI系統(tǒng)，加入了參數(shù)CBI (錢德勒燃燒指數(shù))，與原有的ISI (初始蔓延速率)和BUI (累積指數(shù))一起，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)的權(quán)重，可以對全國大部分地區(qū)的森林火險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)警。計(jì)算公式如公式(I )，
FffI = a*CBI+^*ISI+y*BUI (I)
其中CBI (Chandler Burning Index,錢德勒燃燒指數(shù))是較早的被用來研究火險(xiǎn)天氣的參考指標(biāo)，稱為火災(zāi)易感指數(shù)，只需要由溫度和相對濕度計(jì)算得到，溫度和濕度是影響植被水分蒸發(fā)的關(guān)鍵要素。CBI被廣泛應(yīng)用于美國和全球性的火險(xiǎn)天氣研究中，計(jì)算公式為
【權(quán)利要求】
1.一種基于森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)(FWI指數(shù))的森林火險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，由采集傳感器系統(tǒng)和后臺數(shù)據(jù)處理中心組成，所述采集傳感器采集溫度、濕度、風(fēng)速和降水量數(shù)據(jù)參數(shù)，所述后臺數(shù)據(jù)處理中心通過對傳感器采集的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行處理獲得所述FWI指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述FWI指數(shù)的計(jì)算公式為: 式(1):FWI = a*CBI+0*ISI+Y*BUI，其中CB1、IS1、和BUI的值分別由以下三個(gè)步驟計(jì)算得出: 步驟(一)、 式(I)中CBI的值的計(jì)算公式如下:
3.權(quán)利要求1或2所述的森林火險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)在森林火險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用。
【文檔編號】G08B31/00GK103854413SQ201410086682
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】林海峰 申請人:南京林業(yè)大學(xué)