CN111798637A - 一种雷击森林火灾预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及火灾预警技术，具体一种雷击森林火灾预警方法，将被监测森林划分为若干个监测区域，分别计算每个监测区域的雷电灾害风险指数并评估风险等级，包括以下步骤：S1)计算监测区域雷电因子危险强度值LD；S2)计算监测区域环境因子危险强度值HJ；S3)计算监测区域气象因子危险强度值QX，所述气象因子危险强度值QX由被监测森林的空气温度、空气湿度、地面温度、地面湿度和腐殖质湿度计算确定；S4)计算监测区域灾害因子危险强度值ZH；S5)计算监测区域降雨量危险抑制因子乏力指数PH；S6)根据公式计算得到监测区域的雷电灾害风险指数，准确率高。

Description

一种雷击森林火灾预警方法
技术领域
本发明涉及火灾预警技术，具体是一种雷击森林火灾预警方法。
背景技术
目前雷击森林火灾预警方法主要通过以下几种数据资料实现预测：
（一）雷电资料：5年以上的闪电定位系统资料，包括雷击的时间、经纬度、雷电流幅值等参数；
（二）环境资料：高程数据（海拔高度、地形起伏）、土壤电阻率数据；
（三）森林火险气候资料：实时记录每个站点温、湿度观测资料；每个站点由腐殖质湿度传感器、地面温湿度传感器、空气温湿度传感器和雨量计四个设备组成，并将数据实时传送至气候资料模块。
（四）灾情资料：收集5年以上的雷电灾情资料和防护能力情况（火险监控、热源监控等防护措施）。
如何进一步提高森林火灾的预警准确率，提高雷电森林火灾的可控性，这是技术人员需要不断探索改进的现存问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种雷击森林火灾预警方法，在现有的雷电、环境、气候等数据资料的基础上，将气象数据也作为重要的一项参数，得到可能发生雷击森林火灾的位置和概率，精度高。本发明采用的技术方案如下：
一种雷击森林火灾预警方法，将被监测森林划分为若干个监测区域，分别计算每个监测区域的雷电灾害风险指数并评估风险等级，包括以下步骤：
S1)计算监测区域雷电因子危险强度值LD；
S2)计算监测区域环境因子危险强度值HJ；
S3)计算监测区域气象因子危险强度值QX，所述气象因子危险强度值QX由被监测森林的空气温度、空气湿度、地面温度、地面湿度和腐殖质湿度计算确定；
S4)计算监测区域灾害因子危险强度值ZH；
S5)计算监测区域降雨量危险抑制因子乏力指数PH；
S6)根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
计算得到监测区域的雷电灾害风险指数，其中wl 为雷电因子危险强度值权重、wh为环境因子危险强度值权重、wq为气象因子危险强度值权重、wz为灾害因子危险强度值权重、wp为降雨量危险抑制因子乏力指数权重；若0＜LCFFRI≤2.0则为一级风险，若2.0＜LCFFRI≤3.5则为二级风险，若3.5＜LCFFRI≤5.0则为三级风险，若5.0＜LCFFRI≤6.0则为四级风险，若6.0＜LCFFRI≤7.0则为五级风险。
上述步骤S3中，在监测区域中选定若干棵树作为气象因子危险强度的数值测定用的测树，每棵监测树的树干上均设有2~3个空气温度传感器和2~3个空气湿度传感器，每棵监测树所在的地面上均设有2~3个地面温度传感器和2~3个地面湿度传感器，每棵监测树所在的地下腐殖质层内设置2~3个腐殖质湿度传感器。
上述雷击森林火灾预警方法，所述监测区域呈正六边形且其棱边的长度不超过500米，每个所述监测区域的中心处和棱角处的树均为监测树；
相邻的监测区域之间共用其对应棱角处的监测树。
上述步骤S3中，每个监测区域的所述气象因子危险强度值QX为
Figure 765911DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
At为空气温度等级、Ah为空气湿度等级、Gt为地面温度等级、Gh为地面湿度等级、Dd为腐殖质湿度等级，wat为空气温度权重、wah空气湿度权重、wgt为地面温度权重、wgh为地面湿度权重、wdd为腐殖质湿度权重。
上述雷击森林火灾预警方法，所述空气温度等级At的确定方法为：数值AtData=AVERAGE(At1：Atn)，当(At1：Atn)中有数值Atx大于数值AtData的10%或小于数值AtData的90%时，则剔除该端点数值Atx后，再取剩余数值的平均值作为修正后的数值AtData；根据空气温度等级表，确定AtData对应的空气温度等级At；
所述空气湿度等级Ah、地面温度等级Gt、地面湿度等级Gh和腐殖质湿度等级Dd均与空气温度等级At的确定原理相同；
其中
若端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx，在连续两天或两天以上均为监测区域内部的同一棵树的数值，则去现场检查原因，直至该处不出现端点数值；或者
若排除了传感器故障原因，端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx在连续两天或两天以上均为监测区域棱角处的数值，则将该棱角处的树作为中心处的监测树、并以此为中心划定为临时监测区域，观测并计算所述临时监测区域的雷电灾害风险指数，直至该棱角处连续两天不出现端点数值。
本发明的有益效果为：根据历史资料和现场布设气象设备，用观测到的气象数据实时计算雷击森林火灾可能性指数，提前预知可能发生雷击森林火灾的位置和概率，准确计算雷击森林火灾的可能性。有效降低损失和扑救难度，对避免或减少雷击森林火灾所造成的损失具有重要意义，同时为地方政府部门决策提供技术依据。
附图说明
图1为本发明实施例的风险模型；
图2为本发明实施例的单个树木上气象设备的布置示意图；
图3为本发明实施例的单个监测区域的布置模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释说明。
一种雷击森林火灾预警方法，将被监测森林划分为若干个监测区域，分别计算每个监测区域的雷电灾害风险指数并评估风险等级，包括以下步骤：
S1)计算监测区域雷电因子危险强度值LD；
S2)计算监测区域环境因子危险强度值HJ；
S3)计算监测区域气象因子危险强度值QX，所述气象因子危险强度值QX由被监测森林的空气温度、空气湿度、地面温度、地面湿度和腐殖质湿度计算确定；
S4)计算监测区域灾害因子危险强度值ZH；
S5)计算监测区域降雨量危险抑制因子乏力指数PH；
S6)根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE003
计算得到监测区域的雷电灾害风险指数，其中wl 为雷电因子危险强度值权重、wh为环境因子危险强度值权重、wq为气象因子危险强度值权重、wz为灾害因子危险强度值权重、wp为降雨量危险抑制因子乏力指数权重；若0＜LCFFRI≤2.0则为一级风险，若2.0＜LCFFRI≤3.5则为二级风险，若3.5＜LCFFRI≤5.0则为三级风险，若5.0＜LCFFRI≤6.0则为四级风险，若6.0＜LCFFRI≤7.0则为五级风险。
上述步骤S3中，在监测区域中选定若干棵树作为气象因子危险强度的数值测定用的测树，每棵监测树的树干上均设有2~3个空气温度传感器和2~3个空气湿度传感器，每棵监测树所在的地面上均设有2~3个地面温度传感器和2~3个地面湿度传感器，每棵监测树所在的地下腐殖质层内设置2~3个腐殖质湿度传感器。
上述雷击森林火灾预警方法，所述监测区域呈正六边形且其棱边的长度不超过500米，每个所述监测区域的中心处和棱角处的树均为监测树；
相邻的监测区域之间共用其对应棱角处的监测树。
接下来，依次详细说明各个参数的确定方法。
雷电灾害风险指数LCFFRI的计算方法为：
Figure 214210DEST_PATH_IMAGE004
式中：
LCFFRI——雷击森林火灾风险指数；
LD——雷电因子危险强度值；
wl——雷电因子危险强度值权重；
HJ——环境因子危险强度值；
wh——环境因子危险强度值权重；
QX——气象因子危险强度值；
wq——气象因子危险强度值权重；
ZH——灾害因子危险强度值；
wz——灾害因子危险强度值权重；
PH——降雨量危险抑制因子乏力指数；
Wp——降雨量危险抑制因子乏力指数权重。
表1 雷电灾害风险参数分配表
Figure 165707DEST_PATH_IMAGE001
。
上述各权重值的计算参考文献可以选用“张炳江. 层次分析法及其应用案例[M]电子工业出版社, 2014.”或者“曾金全,冯真祯,张烨方,王颖波,施宗强.区域雷电灾害风险评估模型与应用[J].气象科技,2017,45(01):178-182”等。
雷电因子危险强度值
Figure 102269DEST_PATH_IMAGE006
式中：
LD——雷电因子危险强度值
Ld——地闪密度；
wd——地闪密度权重；
Ln——地闪强度；
wn——地闪强度权重。
环境因子危险强度值分析
Figure 28637DEST_PATH_IMAGE007
HJ——环境因子危险强度值
Sc——土壤电导率；
ws——土壤电导率权重；
Eh——海拔高度；
we——海拔高度权重；
Tr——地形起伏；
wt——地形起伏权重。
各权重值的计算参考层次分析法相关文献即可，如——张炳江.层次分析法及其应用案例. 电子工业出版社, 2014。
气象因子危险强度值分析
Figure 124900DEST_PATH_IMAGE002
QX——气象因子危险强度值
wat——空气温度权重。
Wah——空气湿度权重。
Wgt——地面温度权重。
Wgh——地面湿度权重。
Wdd——腐殖质湿度权重。
At（空气温度等级：固定于2米高处树干上温度计）3个
Ah（空气湿度等级：固定于2米高处树干上湿度计）3个
Gt（地面温度等级：放置于地面温度计）3个
Gh（地面湿度等级：放置于地面湿度计）3个
Dd（腐殖质湿度等级，放置于腐殖质内湿度计）3个
At、Ah、Gt、Gh、Dd的等级取值方法相同，空气温湿度与地面温湿度的等级划分原理相同，见下表。以At为例： AtData=AVERAGE(At1：Atn)，当(At1：Atn)中有数值Atx大于数值AtData的10%或小于数值AtData的90%时，则剔除该端点数值Atx后，再取剩余数值的平均值作为修正后的数值AtData；根据空气温度等级表，确定AtData对应的空气温度等级At；
所述空气湿度等级Ah、地面温度等级Gt、地面湿度等级Gh和腐殖质湿度等级Dd均与空气温度等级At的确定原理相同；
其中
若端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx，在连续两天或两天以上均为监测区域内部的同一棵树的数值，则去现场检查原因，直至该处不出现端点数值；或者
若排除了传感器故障原因，端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx在连续两天或两天以上均为监测区域棱角处的数值，则将该棱角处的树作为中心处的监测树、并以此为中心划定为临时监测区域，观测并计算所述临时监测区域的雷电灾害风险指数，直至该棱角处连续两天不出现端点数值。
表2 空气/地面温湿度等级对应表
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
。
需要说明的是，上表中空气湿度等级Ah或地面湿度等级Gh，根据不同的对应方式，会得到不同的等级，此时要选取最大数值的等级作为Ah或Gh。
表3 腐殖质湿度等级对应表
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
灾害因子危险强度值
Figure 11134DEST_PATH_IMAGE010
式中：
ZH——承灾体脆弱值；
LJ——历史雷灾指数；
wlj ——历史雷灾指数权重；
Pc ——防护能力指数，见下表；
wp——防护能力指数权重。
表4 防护能力指数表
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
降雨量危险抑制因子乏力指数
参考表5：
表5 降雨量危险抑制因子乏力指数
Figure 741192DEST_PATH_IMAGE012
。
依据雷击森林火灾风险指数大小，采用自然断点法，将雷击森林火灾风险划分为五个等级。自然断点法可参考现有文献，如——贺芳芳,杨雅薇,郭林,陈艳.上海夏季用电安全风险区划及推广应用[J].热带气象学报,2012,28(04):577。
采用以上方法预测雷击森林火灾，更加全面、准确，提高了预测的准确性。

Claims (5)

1.一种雷击森林火灾预警方法，其特征在于，将被监测森林划分为若干个监测区域，分别计算每个监测区域的雷电灾害风险指数并评估风险等级，包括以下步骤：
S1)计算监测区域雷电因子危险强度值LD；
S2)计算监测区域环境因子危险强度值HJ；
S3)计算监测区域气象因子危险强度值QX，所述气象因子危险强度值QX由被监测森林的空气温度、空气湿度、地面温度、地面湿度和腐殖质湿度计算确定；
S4)计算监测区域灾害因子危险强度值ZH；
S5)计算监测区域降雨量危险抑制因子乏力指数PH；
S6)根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
计算得到监测区域的雷电灾害风险指数LCFFRI，其中wl 为雷电因子危险强度值权重、wh为环境因子危险强度值权重、wq为气象因子危险强度值权重、wz为灾害因子危险强度值权重、wp为降雨量危险抑制因子乏力指数权重；若0＜LCFFRI≤2.0则为一级风险，若2.0＜LCFFRI≤3.5则为二级风险，若3.5＜LCFFRI≤5.0则为三级风险，若5.0＜LCFFRI≤6.0则为四级风险，若6.0＜LCFFRI≤7.0则为五级风险。
2.根据权利要求1所述雷击森林火灾预警方法，其特征在于：上述步骤S3中，在监测区域中选定若干棵树作为气象因子危险强度的数值测定用的测树，每棵监测树的树干上均设有2~3个空气温度传感器和2~3个空气湿度传感器，每棵监测树所在的地面上均设有2~3个地面温度传感器和2~3个地面湿度传感器，每棵监测树所在的地下腐殖质层内设置2~3个腐殖质湿度传感器。
3.根据权利要求2所述雷击森林火灾预警方法，其特征在于：所述监测区域呈正六边形且其棱边的长度不超过500米，每个所述监测区域的中心处和棱角处的树均为监测树；
相邻的监测区域之间共用其对应棱角处的监测树。
4.根据权利要求3所述雷击森林火灾预警方法，其特征在于：上述步骤S3中，每个监测区域的所述气象因子危险强度值QX为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；其中，
At为空气温度等级、Ah为空气湿度等级、Gt为地面温度等级、Gh为地面湿度等级、Dd为腐殖质湿度等级，wat为空气温度权重、wah空气湿度权重、wgt为地面温度权重、wgh为地面湿度权重、wdd为腐殖质湿度权重。
5.根据权利要求4所述雷击森林火灾预警方法，其特征在于，所述空气温度等级At的确定方法为：数值AtData=AVERAGE(At1：Atn)，当(At1：Atn)中有数值Atx大于数值AtData的10%或小于数值AtData的90%时，则剔除该端点数值Atx后，再取剩余数值的平均值作为修正后的数值AtData；根据空气温度等级表，确定AtData对应的空气温度等级At；
所述空气湿度等级Ah、地面温度等级Gt、地面湿度等级Gh和腐殖质湿度等级Dd均与空气温度等级At的确定原理相同；
其中
若端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx，在连续两天或两天以上均为监测区域内部的同一棵树的数值，则去现场检查原因，直至该处不出现端点数值；或者
若排除了传感器故障原因，端点数值Atx、Ahx、Gtx、Ghx或Ddx在连续两天或两天以上均为监测区域棱角处的数值，则将该棱角处的树作为中心处的监测树、并以此为中心划定为临时监测区域，观测并计算所述临时监测区域的雷电灾害风险指数，直至该棱角处连续两天不出现端点数值。
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