專利名稱：耦合氣象與植被的森林火險預報方法
耦合氣象與植被的森林火險預報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是將氣候與森林可燃物進行耦合，對森林火災進行預警預報的一種方法。
背景技術(shù)：
加拿大森林火險氣候指數(shù)(FWI)系統(tǒng)是當前世界上發(fā)展最完善、應用最廣泛的系統(tǒng)之一。它是以3種森林可燃物的水分含量和風對火行為的影響為基礎(chǔ)。目前，其他一些國家或地區(qū)采用該系統(tǒng)的模塊或研究思想，形成了自己的火險等級系統(tǒng)，如新西蘭、斐濟、墨西哥、美國的阿拉斯加和佛羅里達以及歐洲的一些國家。1999-2003年，加拿大林務局和東南亞國家共同完成了東南亞森林火險系統(tǒng)研究項目，F(xiàn)WI技術(shù)被用于該地區(qū)的火險等級系統(tǒng)中?？肆_地亞、智力和美國的密歇根州也對該系統(tǒng)的應用進行了評估。該系統(tǒng)的火險預測方法要比國內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)方法都科學和先進。因此，在中國最好是基于FWI技術(shù)來建立本地的森林火險等級系統(tǒng)。加拿大火險氣候指數(shù)系統(tǒng)(FWI)包括六個部分。FWI系統(tǒng)只要求每天的4種資料，即干球溫度、相對濕度、空曠地10米高的風速和地方標準時中午測量的24小時的總降水量。FWI系統(tǒng)的前三個指 標是可燃物指數(shù)，分別代表森林凋落物中不同層的濕度，包括細小燃料濕度碼(FFMC)、地表可燃物濕度碼(DMC)和干旱碼(DC)。當天的濕度碼的值由當天測量的氣象數(shù)據(jù)值和前一天的濕度碼計算得到。每一個濕度碼計算的核心是一個簡單的水分指數(shù)交換模型。不同類型的森林可燃物的干燥速率都不相同，隨著每天天氣變化，可燃物濕度也發(fā)生變化。系統(tǒng)的后三個指標是火行為碼，由三個濕度碼和風速生成，分別代表了森林中的可燃物蔓延速度、有效可燃物數(shù)量和火線強度，即初始蔓延速度(ISI)、累積指數(shù)(BUI)和火險天氣指數(shù)(FWI)。森林火險可燃物遙感分類以3個時段(1975年、1990年、2003年，大約30年的時間跨度)，用數(shù)字衛(wèi)星遙感影像，如1975年左右用陸地資源衛(wèi)星(Landsat)多光譜影像(MSS)，1990年左右用陸地資源衛(wèi)星專題(TM)影像，2003年用陸地資源衛(wèi)星加強專題影像(ETM+)，用高精度的優(yōu)化迭代非監(jiān)督分類和數(shù)字遙感定量分析方法進行浙江省森林植被類型遙感分類。其中高精度的優(yōu)化迭代非監(jiān)督分類方法是江洪先生于2004年發(fā)表在環(huán)境遙感雜志(Remote Sensing of Environment)的一篇論文中提出的，論文名字為基于Landsat ETM+影像的美國太平洋西北部演替后期森林的分類研究(Theclassification of late serai forests in the Pacific Northwest,USA using LandsatETM+imagery)，三個時段的圖像分類系統(tǒng)，主要結(jié)合森林經(jīng)營管理和生態(tài)系統(tǒng)演替，劃分了主要的森林類型，而不采用的植被分類系統(tǒng)和土地利用分類系統(tǒng)；目前國內(nèi)外沒有關(guān)于氣象與植被耦合對森林火險進行預警預報的報導，都是單純的根據(jù)氣象或者植被因素對森林火險進行預警預報。因此，應該建立一種有針對性的、有創(chuàng)新性的耦合氣象與植被的森林火險預警預報系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是建立一種耦合氣象與植被的森林火險預報方法為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是按如下步驟進行(I)對待測地域森林可燃物進行遙感分類以浙江省為待測地域，根據(jù)當?shù)叵嚓P(guān)資料積累情況，分為3個時段1975年、1990年、2003年，時間跨度為30年，用數(shù)字衛(wèi)星遙感影像，如1975年用陸地資源衛(wèi)星多光譜影像，1990年用陸地資源衛(wèi)星專題影像，2003年用陸地資源衛(wèi)星加強專題影像，用高精度的優(yōu)化迭代非監(jiān)督分類和數(shù)字遙感定量分析方法對浙江省森林植被類型進行遙感分類；(2)對森林火災可燃物等級進行劃分不同的森林可燃物類型火險等級不同，按照森林可燃物的可燃性從難燃-可燃-易燃，把森林植被可燃物類型劃分為1-10級；(3)對氣候火險等級進行劃分在應用加拿大火險氣候指數(shù)系統(tǒng)即FWI系統(tǒng)的過程中，必須進行FWI系統(tǒng)的本地化處理；太平洋林業(yè)研究中心根據(jù)FWI系統(tǒng)本身的特點制訂了一個分級方法，經(jīng)過多年的驗證，該分級方法是最合理可行的；根據(jù)1956-2006年浙江省17個氣象站點FWI各指數(shù)的計算數(shù)據(jù)，采用該分級方法，按照《全國森林火險天氣等級》標準把森林火險分為5級，即低、中、高、很高、極高，其中低火險天數(shù)占45% 50%，中火險天數(shù)占25% 30%,聞火險天數(shù)占12% 15%,很聞火險天數(shù)占極聞火險天數(shù)占2% 3% ；(4)氣候與森林可燃物耦合技術(shù)的創(chuàng)建`將森林火險氣候指數(shù)空間數(shù)據(jù)庫與森林可燃物遙感分類數(shù)據(jù)庫進行耦合，通過ArcGIS軟件進行分析處理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建立森林火險預警預報系統(tǒng)；(5)森林火險預警預報系統(tǒng)的檢驗通過氣候與森林可燃物耦合技術(shù)，對1991-1999年浙江省森林火災進行預測，利用1991-1999年浙江省森林火災歷史記錄數(shù)據(jù)對預測結(jié)果進行檢驗；(6)浙江省森林火險預測利用氣候與森林可燃物耦合技術(shù)對2000-2006年浙江省森林火險進行預測，并與傳媒結(jié)合，對浙江省森林火險進行預報。

圖1為火險預報系統(tǒng)流程示意圖。圖2為FWI的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為優(yōu)化迭代非監(jiān)督分類(OIUC)程序數(shù)據(jù)流程示意圖。圖4為1975年浙江省森林資源類型分布格局圖。圖5為1990年浙江省森林資源類型分布格局圖。圖6為2003年浙江省森林資源類型分布格局圖。圖7為浙江省FWI空間分布圖。圖8為氣候與森林可燃物耦合圖。
具體實施方式下面結(jié)合實施例并參考附圖對本發(fā)明作進一步詳述具體流程見附圖1?；痣U氣候指數(shù)系統(tǒng)(FWI)包括六個部分。見附圖2。FffI系統(tǒng)只要求每天的4種資料，即干球溫度、相對濕度、空曠地10米高的風速和地方標準時中午測量的24小時的總降水量。FWI系統(tǒng)的前三個指標是可燃物指數(shù)，分別代表森林凋落物中不同層的濕度，包括細小燃料濕度碼、地表可燃物濕度碼和平旱碼。當天的濕度碼的值由當天測量的氣象數(shù)據(jù)值和前一天的濕度碼計算得到。每一個濕度碼計算的核心是一個簡單的水分指數(shù)交換模型。不同類型的森林可燃物的干燥速率都不相同，隨著每天天氣變化，可燃物濕度也發(fā)生變化。系統(tǒng)的后三個指標是火行為碼，由三個濕度碼和風速生成，分別代表了森林中的可燃物蔓延速度、有效可燃物數(shù)量和火線強度，即初始蔓延速度、累積指數(shù)和火險天氣指數(shù)。①細小燃料濕度碼在FWI系統(tǒng)中，細小燃料濕度碼(FFMC)代表了森林地被物中干重為0. 25kg/m2、厚度為1. 2cm的枯枝落葉和其它的已固化的細小燃料的含水率。細小燃料大部分由死的和凋落的針狀物、樹葉、地衣、苔蘚和其它的小的松散的碎片組成。FFMC是代表細小燃料的可燃性和易燃性的一個相對簡單的指標。FFMC受溫度、降水、相對濕度和風速的影響，F(xiàn)FMC的值隨著燃料含水率的變化而變化，最小值為0(燃料含水率為100% )，最大值為101 (可燃物的含水率為0)。FFMC的值越大表明火險等級越高。FFMC的核心是一個簡單的水分交換的
指數(shù)模型，即
權(quán)利要求
1.一種耦合氣象與植被的森林火險預報方法，其特征在于按如下步驟進行 (1)對待測地域森林可燃物進行遙感分類以浙江省為待測地域，根據(jù)當?shù)叵嚓P(guān)資料積累情況，分為3個時段1975年、1990年、2003年，時間跨度為30年，用數(shù)字衛(wèi)星遙感影像，1975年用陸地資源衛(wèi)星多光譜影像，1990年用陸地資源衛(wèi)星專題影像，2003年用陸地資源衛(wèi)星加強專題影像，用高精度的優(yōu)化迭代非監(jiān)督分類和數(shù)字遙感定量分析方法對浙江省森林植被類型進行遙感分類； (2)對森林火災可燃物等級進行劃分不同的森林可燃物類型火險等級不同，按照森林可燃物的可燃性從難燃-可燃-易燃，把森林植被可燃物類型劃分為1-10級； (3)對氣候火險等級進行劃分在應用加拿大火險氣候指數(shù)系統(tǒng)即FWI系統(tǒng)的過程中，必須進行FWI系統(tǒng)的本地化處理；太平洋林業(yè)研究中心根據(jù)FWI系統(tǒng)本身的特點制訂了一個分級方法，經(jīng)過多年的驗證，該分級方法是最合理可行的；根據(jù)1956-2006年浙江省17個氣象站點FWI各指數(shù)的計算數(shù)據(jù)，采用該分級方法，按照《全國森林火險天氣等級》標準把森林火險分為5級，即低、中、高、很高、極高，其中低火險天數(shù)占45% 50%，中火險天數(shù)占25 30,聞火險天數(shù)占12% 15%,很聞火險天數(shù)占7 8,極聞火險天數(shù)占2% 3% ； (4)氣候與森林可燃物耦合技術(shù)的創(chuàng)建將森林火險氣候指數(shù)空間數(shù)據(jù)庫與森林可燃物遙感分類數(shù)據(jù)庫進行耦合，通過ArcGIS軟件進行分析處理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建立森林火險預警預報系統(tǒng)； (5)森林火險預警預報系統(tǒng)的檢驗通過氣候與森林可燃物耦合技術(shù)，對1991-1999年浙江省森林火災進行預測，利用1991-1999年浙江省森林火災歷史記錄數(shù)據(jù)對預測結(jié)果進行檢驗； (6)浙江省森林火險預測利用氣候與森林可燃物耦合技術(shù)對2000-2006年浙江省森林火險進行預測，并與傳媒結(jié)合，對浙江省森林火險進行預報。
全文摘要
一種耦合氣象與植被的森林火險預報方法，屬于計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。對浙江省森林可燃物進行遙感分類，并對森林火災可燃物進行等級劃分；以氣象數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過薄盤光滑樣條插值，生成林內(nèi)氣象要素空間預報數(shù)據(jù)庫；利用森林火險氣候指數(shù)模型計算得出浙江省森林火險氣候指數(shù)空間數(shù)據(jù)庫，同時對氣候火險等級進行劃分；將森林火險氣候指數(shù)空間數(shù)據(jù)庫與森林可燃物遙感分類數(shù)據(jù)庫進行耦合，通過ArcGIS軟件進行分析處理，并結(jié)合浙江省森林火險災害發(fā)生強度和空間分布格局及地域特點，綜合分析火險發(fā)生及其危害，與傳媒結(jié)合，建立浙江省森林火險預警預報系統(tǒng)，實現(xiàn)對不同地域、不同森林類型的森林火險預報。
文檔編號G06F19/00GK103065045SQ20121056635
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者江洪, 余樹全, 袁建, 陳健, 楊國福, 信曉穎 申請人:浙江農(nóng)林大學