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全球变暖背景下的森林火灾防控策略探讨

李剑泉 刘世荣 李智勇
摘要: 在总结世界森林火灾形势的基础上,探讨了气候变暖与林火频发之间的密切关系;基于全球变暖趋势的分析,提出了深化林火发生机理研究、大力开展森林防火技术培训、加强森林火险预测预报、注重扑火安全和加强国际合作等气候变化下的森林火灾防控策略,对于指导人类应对气候变化和防控森林火灾具有非常重要的意义。
关键词:气候变暖;森林火灾;防控策略
:S762.3:A :1007-5739(2009)20-0243-04
世界气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化,已对地球生态系统和社会经济发展产生明显的深远影响,并成为国际社会广泛关注的重大环境问题。近年来,全球极端天气和异常自然灾害特别是森林火灾频繁发生,给人类造成巨大生命和财产损失的同时,也为人类的生存和发展敲响了警钟。全球气候变暖与森林火灾频发关系密切。气候变暖引起植被和林火动态变化,森林火灾对气候变化具有敏感性;林火排放的温室气体促进气候变暖,植被和林火动态又受气候变化的影响。因此,探讨全球变暖背景下的林火防控策略,对于指导人类应对气候变化和防控森林火灾具有十分重要的现实意义。
1世界森林火灾形势
人口膨胀、工业化进程加快,全球变暖、火险等级提高,森林火灾遍及世界各个角落;森林火灾所引发的灾难性后果已引起全世界的广泛关注。
1.1全球森林火灾发生频繁
全世界每年发生森林火灾几十万次、受灾面积达几百万公顷,约占森林总面积的0.1%～0.3%;1980～1994年间世界每年发生火灾约22万次以上,烧毁森林面积640多万公顷,约占世界覆被率的0.23%[1]。
20世纪80年代以来,全球变暖,林火每年都呈上升趋势。1987年中国大兴安岭发生特大火灾,过火森林面积达56万公顷;1989年美国黄石公园的森林火灾面积达50万公顷[2],1994年澳大利亚新威尔士州烧毁100多万公顷珍贵的原始森林;1996年蒙古和中国内蒙古发生的森林火灾,在中国境内过火面积达30万公顷;1997～1998年印度尼西亚的森林大火过火面积达456万公顷 [3]。2000年美国森林大火烧毁森林面积超过250万公顷;2000年4～8月俄罗斯共发生森林火灾1万多起,过火森林面积达61.8万公顷[4];2002年前8个月,蒙古已有15.3万公顷的森林和草原被大火烧毁;2006年美国发生的6次森林大火,共80.35万公顷的林草被大火吞噬;2006年印尼各地频发林火事件,6～8月出现5.2万处火点,发生大火8 400多起,造成840万公顷林地被烧毁;2006年12月澳大利亚遭遇了一场70年来最大的林区大火,失控的火势吞噬了近20万公顷林地[5]。据统计,1949～2006年,中国年均发生森林火灾1.3万起,受害森林面积66.5万公顷,被烧林地百万公顷左右,林火面积占造林面积的1/3。
从林火次数看,美国要远远高于其他国家,其次是俄罗斯和加拿大。美国每年林火总次数均在9.5万次以上,1981年最高达18.9万次;俄罗斯每年林火次数一般在1.7万～2.6万次之间,加拿大在1万次左右;法国、德国、英国、挪威和土耳其等国每年林火次数在几十至几千次[1]。
从林火面积看,加拿大、美国和俄罗斯每年的森林火灾面积要明显高于其他国家。其中,1989年加拿大森林火灾面积最多(756万公顷);1991～1994年俄罗斯的森林火灾面积在112万～120万公顷;20世纪90年代以来美国的森林火灾面积在111万～183万公顷;法国、德国、挪威、土耳其等欧洲国家每年森林火灾面积为几十至几千公顷[1]。
从平均每次林火面积看,美国的林火次数与面积最多,每1万公顷森林发生火灾5.72次,火灾面积为105.33hm2,平均每次火灾面积为18.42hm2;加拿大平均每1万公顷森林发生火灾0.41次,火灾面积为37.66hm2,平均每次火灾面积为92.07hm2;俄罗斯每1万公顷森林平均火灾次数与面积分别为0.23次和21.86hm2,平均每次火灾面积为94.50hm2,是这些国家中平均每次火灾面积最高的国家;挪威平均每次火灾面积只有0.15hm2,是比较低的国家[1]。平均每次火灾面积小,说明对于火灾可以及时发现和组织力量进行扑救,对于火灾的控制能力强。
从火源看,人为放火和跑火是欧洲国家发生森林火灾的主要原因,天然火源只占总火源的5%左右;而美国和加拿大的天然火源所占比例约为30%左右。
1.2森林火灾造成的损失巨大
森林火灾不仅消耗掉大量木材,还需要投入大量人力和物力进行扑救,同时也对当地居民的财产和生命造成巨大损失;森林火灾造成的经济和木材损失统计结果反映了森林火灾带来的严重后果。
据统计,20世纪60年代美国平均每年森林火灾损失木材2亿立方米,占林木生长量的35%,并且烧死烧伤1 000多人[1];2006年美国发生的3次森林大火,焚毁住宅539栋,22人死亡,2 000多人被迫离开家园,1万多头牛马死亡,5名消防队员殉职[5];日本1967～1976年间,平均每年烧毁森林1万多公顷,相当于1976年全国造林面积的5%,损失达200多万日元,平均每年烧死50余人;瑞典1971～1975年平均每年烧林1 000多公顷,损失200多万克朗[1];1987年5月6日中国黑龙江大兴安岭地区发生的一次特大森林火灾,造成受灾群众5万多人,死亡193人,受伤226人,直接经济损失约5亿元人民币;意大利1990年森林火灾造成的损失为8248万美元,损耗13.21万立方米木材;俄罗斯在1991～1993年的木材损失分别为999.8万立方米、11 139.7万立方米和12 259.2万立方米;1997～1998年印尼森林大火的经济损失超过40亿美元[3]。
1.3全球火险形势不容乐观
全球变暖将使林火发生机率增加、火险等级提高,只要有火源,无论雷电或疏忽还是人为纵火,林火很容易发生。科学预测表明,气候变暖会导致全球遭遇更为极端、频繁的气象异常事件,未来森林火险形势不容乐观。地表气温持续上升,将使火险期提前和延长;气温日较差进一步减小,将使火险等级长期维持在较高水平,加大引燃的可能性并增加扑救的难度;极端天气气候事件频发,将使区域性高温干旱发生频率增加、范围加大、程度加重,并最终导致高温干旱地区火灾频发及重特大森林火灾发生的可能性增大。
2气候决定林火发生
气象要素是决定森林火灾发生发展的直接因子,各种气象因子组合形成的天气状况是森林火灾的诱发剂,气候条件则是森林火灾规律的决定因素。
2.1气象影响林火行为
与林火相关的气象要素很多,包括气温、降水、风向风速和空气相对湿度等,以及它们的各种组合。气象因子不仅影响可燃物的干湿程度,而且影响林火的发生、蔓延和行为[6]。气温越高,降水越少,相对湿度较低,连旱日数越长,林中枯枝落叶和细小可燃物就会越干燥,火险程度越高;在森林可燃物干燥易燃情况下,风速风向是制约林火强度、蔓延速度、火灾面积和扑救难易程度的决定性因素。
2.2天气左右林火发生
天气是指一个地区各种气象要素在一段时间内的综合体现,地面天气状况与高空气温和气压场的变化紧密相联[7]。产生干燥、高温、大风的天气系统易诱发林火;由于辐散作用,终日碧空无云,日射增强,蒸发量大,地被物干燥,易发生森林火灾。
2.3气候决定林火周期
一个地区的气候状况是指在一段较长的时间内(如季、年或更长的时间尺度上),所表现出来的冷、暖、干、湿等气候要素的趋势和特点,既包括一般或平均情况,又包括极端状况[7];气候与天气状况既有区别又有联系,气候是天气变化的背景,天气则是气候背景上的振动。
全球变化在一定程度上影响自然与人为火源的分布、可燃物的空间分布及燃烧特性,可燃物的连续积累和能量的快速释放,使得林火表现出一定周期性和波动性[8];林火发生具有明显的季节性和地域性特点,随气候条件的准周期变化,林火多发年和少发年呈准周期振动,林火发生次数和危害程度以春季最多最严重、秋季次之。在北半球,较大林火一般发生在北回归线以北直达北极圈;在高纬区,夏季日照时数增加,气候干燥时容易发生森林火灾;从冰岛开始,经过北欧的斯堪的纳维亚半岛、苏联欧洲部分、西伯利亚、中国的大小兴安岭和长白山、朝鲜、日本北海道、加拿大、美国的洛基山脉、加利福尼亚、华盛顿等州形成一条森林火灾带,在干旱年份,火灾大量发生。
3林火加剧气候变化
全球尺度上林火是重要的干扰因子,影响着地球生物化学和碳循环[8];燃烧产生的固体颗粒物引起空气污染和天气变化,燃烧烟雾造成环境污染;火灾破坏森林生态系统,林火排放物全面影响气候变化。
3.1林火污染大气环境
植被燃烧特别是森林火灾产生的固体颗粒物及烟雾会引起空气与区域环境污染,引发人类呼吸道疾病,影响交通、旅游等行业,造成巨大损失;同时,森林火灾也会直接排放大量气体,并对大气产生显著影响,造成土壤氮释放,影响地表反射率,改变土壤蒸发与地表径流,影响世界水分循环,成为全球变化的一个驱动力。
研究表明,生物圈的燃烧产物对大气有短期和长期的影响[9]。植被燃烧包括森林、草原、农田、土地清理和土地用途变化引起的火烧,其中森林火灾是最重要的部分。植被燃烧会直接排放CO2、CO、CH4、NMHC(多碳烃)、NO和CH3Cl,对全球大气气体与颗粒物产生显著影响;林火排放的碳量与森林火灾的严重程度密切相关,大量林火的发生会影响到全球变化和全球碳循环,林火动态的变化也会导致植被改变,植被变化又对火动态有反馈作用。
如果生态系统能够在火烧后得到恢复,CO2会通过光合作用从大气中吸收回来,但其他气体将不能被重新吸收到生物圈。植被燃烧的长期影响包括火后土壤释放NO和N2O;对环境影响较大的气体包括CO2和CH4等温室气体,燃烧产生的固体颗粒物也会引起空气污染和天气变化[10]。
3.2火灾破坏森林系统
林火显著影响森林生态系统。许多情况下,林火已成为生态系统的一部分,优势种已适应火烧的循环周期;林火深刻影响着陆地生态系统的过程和陆地森林景观的结构。林火发生频率和严重性深刻影响了区域森林的结构与组成,大面积森林火灾造成了森林生态系统的巨大破坏。
3.3林火加剧气候变化
森林燃烧释放温室气体受森林类型、火烧类型和火烧季节影响。林火排放物成分主要是碳,大多数(约90%)以CO2或CO形式排放,其余多以CH4、多碳烃和挥发性有机氧化物形式释放[11];林火排放物影响全球碳循环,多样化显著作用于大气环境,林火显著加剧全球气候变化。
4全球气候变暖趋势
关于全球气候的未来变化趋势,目前在学术界还没有一致看法。但总的来说,主要有两种观点:一是变化加剧(极端天气事件增加),二是趋于变暖(气温升高)。
有专家认为,比起太阳的异常变化,温室效应是微不足道的;相关资料显示,近年来太阳的确发生了一些异常变化。温室效应给我们的最大启示是,地球遭受人类的破坏已经很严重。也有学者认为,全球气候变暖对于不同纬度不同地区的影响是不一样的;对于低纬度地区危害大一些,对于高纬度地区好处多一些。到底影响表现在哪些方面,比如海平面上升、对于植被和土壤的影响、对于疾病传播的影响等,所有这些问题都为科学研究提供了足够深广的探索空间。
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2007年发布第4次气候变化评估报告,气候变化是毫不含糊的[12]。报告预测,从现在到2080年,全球平均气温将升高2～4℃,有11亿～32亿人的饮用水可能遇到问题,2亿～6亿人将面临饥饿威胁,每年沿海地区2亿～7亿居民可能遭受洪涝灾害。报告认为,人类活动是造成气候变化的主要原因,如得不到缓解,气候变暖将引发洪水、干旱和热浪等更多自然灾害。
4.1世界气候已经逐渐变暖
研究表明,1860～2000年间全球地面平均温度上升了大约0.6℃[13],1906～2005年全球地表平均增温0.74℃[12],1998～2007年是有记载以来最暖的10年[14];预计未来100年全球地表温度可能会升高1.6～6.4℃[12]。
4.2极端天气异常灾害频发
全球升温背景下,区域尺度上的异常灾害和极端气候事件,出现的频度和强度均明显增加。记录显示,自1950年以来,极端最低气温的出现频率有所下降,但极端最高气温的出现频率有所增加;北半球中高纬度区降水量增加的地区,大雨和极端降水事件有增多趋势,强降雨的出现频率增加了2%～4%[12];北半球中高纬度区降水量减少的地区,大雨和极端降水事件有下降趋势;亚洲和非洲的一些地区,干旱与洪涝的发生频率增高、强度增强;北大西洋地区,飓风和台风频繁形成,2001年出现了15个被命名的飓风和热带风暴,有的风速超过179km/h,破坏性极大[12];2007～2008年,全球出现了区域温度异常、持续干旱、洪水和强风暴频发、拉尼娜爆发、破坏性热带气旋影响严重等异常气候,北极海冰范围突破最低纪录,海平面继续上升,南极臭氧空洞相对较小[14];近年来,英国、法国、匈牙利、波兰、澳大利亚、莫桑比克、赞比亚、印尼等地区连续暴雨引发水患,造成巨大的人员和财产损失。
4.3气候变化危害日益严重
尽管气候变化可能带来诸如中高纬度地区农作物增产、全球木材供应增加和取暖能源减少等有利结果,但人类社会将不得不应对气候变化带来的危害和种种负面影响,而其负面影响要远远大于它带来的益处。
近年来,森林火灾、厄尔尼诺、持续干旱、暴雨洪涝、雷暴冰雹、飓风沙尘、低温冷害和高温热浪等灾害在世界各地频繁发生,全球正在经历一次以气候变暖为主要特征的气候变化过程。这一变化给全球自然生态和社会经济系统造成重大影响,不仅对生态、能源、淡水和食物安全及人类健康带来的危害,而且对经济发展、社会稳定、人类生产生活和生存发展带来的诸多不利影响日益严重。一是将直接导致全球和区域降水强度和分布的改变、冰川退缩、海平面上升、众多岛屿被淹没、生物多样性受到破坏、物种变化加剧和大量物种消失等严重问题。二是可能引起高温热浪频率和强度增加,各地区高温干热引发的森林火灾事故将不断出现,造成人居环境恶化、水资源短缺,某些传染性疾病发生和传播机会增大,心血管病、疟疾、登革热和中暑等疾病发生程度和范围增加,人类健康受到严重威胁;还将造成极端天气气候事件及其引发的气象灾害频繁发生,影响人类赖以生存的环境和资源,严重影响农林业和渔业生产、给人类造成的损失增加。三是使国际安全形势更加复杂化。气候变化通过影响粮食、水资源、能源等战略资源的供应与再分配,引发社会动荡、边界冲突,扰乱现有国际秩序和地缘政治格局,已经成为全球性非传统安全问题。
因此,气候变化已成为人类共同面临的严峻挑战。应对气候变化不仅是全球面临的重大责任,也是各国应当主动承担的重要国际义务。
4.4人为因素导致气候变暖
全球气候变暖既有自然因素,也有人为因素。IPCC认为,人类活动引起的大气温室气体浓度增加是导致全球温暖化的主要因素:一是大量开采和使用化石燃料,如石油、煤炭、天然气等,使得排放到大气中的温室气体浓度大大增加,打破了地球在宇宙当中吸热和散热的平衡状态;二是大规模破坏森林资源和土地过度开垦,全面损害了地球森林的固碳能力。最新监测显示,全球大气CO2浓度已由工业革命前1750年的约280mg/kg上升到2007年的近383mg/kg,超过了近65万年以来的自然变化范围;CH4和N2O浓度也超过了近65万年以来的最大值[15]。
5森林火灾防控策略
气候变化下的森林火灾防控策略急需在深化林火发生机理研究、大力开展森林防火技术培训、加强森林火险预测预报、注重扑火安全和加强国际合作方面创造性地开展工作。
5.1深化林火发生机理研究
随着气候异常频发,干旱加重,各地森林火险增加,林火管理工作者责任重大。为了有效预防森林大火发生,需从林火发生机理和预防与扑救技术等方面深入开展研究,为林火管理工作提供理论和技术支撑。例如,调控林分是森林防火的一个重要手段,尤其是温带的森林,干旱季节长,地表可燃物载量大,可燃物管理更加重要[13];通过营林措施如清理枯枝和站杆,可以减少林火发生,控制地表火向树冠火的转化;通过营造针阔混交林也可以降低林分的燃烧性。
5.2开展森林防火技术培训
为了充分发挥森林火灾预测、预报或辅助决策系统的作用,实施林火管理,经济有效地使用扑火技术和装备,必须开展森林防火指挥人员的技术培训工作。技术培训以认识林火机理,了解预报预测、辅助决策知识为基础,包括各项森林防火灭火的有关技术和知识,例如,从地面观测、红外探测到卫星遥感的监测知识,通信技术、雷击火技术、人工降雨知识、空运扑火知识、开辟阻隔道技术、扑火装备的使用技术,以及林火生物防治技术等,使他们具备相应的理论知识和实践操作能力。通过规范化宣传教育,让消防队员、群众掌握相应的扑火、自救技能。
5.3加强森林火险预测预报
实践证明,大面积、高强度的森林大火通常是在气候异常或特殊的天气系统造成高温、低湿伴有大风的天气情况下发生的[13]。应在加强气象中、长期趋势预报和引发危险天气的中、短期预报的基础上,做好森林火险预测、预报,并形成区域化、网络化。加强森林火灾监测,及时发现火灾,对森林火灾的扑救特别是初期灭火十分重要。
5.4注重森林火灾扑救安全
发达国家重视航空护林,一旦发现火情,可立即派出灭火人员赶赴现场,注重和确保当地居民和消防队员安全。提高各防火队伍的机械化程度,保证扑火快速高效。利用飞机和消防车快速运送扑火力量到火场,尽量在火情发展初期将其扑灭;灭火主要使用化学药剂和水,广泛利用跳伞空降灭火员到火场进行快速灭火作业,减少扑火费用和提高灭火成功率。对高强度森林火灾的扑救以间接扑火方式为主。大火蔓延过程中,在现有措施都不能阻止大火蔓延时,应首先在居民区和大火燃烧区周围选择合理地形,利用机械或火烧方法及时开设隔离带,把火控制在一定范围内,尽量保证居民和财产安全;然后在适当情况下利用水或灭火剂进行扑火,以灭火飞机和消防车为主,人员主要用于火场清理。
5.5加强林火防控国际合作
森林火灾对人类和环境影响和威胁是空前的,严峻的野火形势已超出一个国家的处理能力。火是一个具有多维社会与环境影响的全球力量,世界性的森林火灾问题必须通过国家之间和国际社会的合作共同来解决。特别是林火对全球气候变化和对碳循环的影响等问题,是全球共同面临的问题,需要全球参与进行多学科、多部门合作。加强国际合作,以提高地区和全球林火管理水平。
国际间进行的合作主要有建立和完成全球林火监测中心、国际救援组织建立野火救助组、制定了一套火灾数据收集和报告的国际标准系统、区域性合作、国际发展项目等[16]。在联合国、欧洲经济委员会、联合国粮农组织、国际劳工组织的林火专家组和其他联合国组织和区域性组织的参与下,开展了许多林火国际合作项目,如东南亚烟雾管理项目、地中海国家林火合作项目、波罗的海地区合作项目及美国、加拿大和俄罗斯之间的合作项目等。
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