第06章 森林草原火灾、气象与干旱灾害

本章导读

把森林草原火灾、气象灾害与干旱放在同一章,是因为它们共享一个容易被忽视的特征:致灾因子在时间上连续、在空间上弥散,找不到像地震那样明确的“事件原点”。一场火从点燃到成灾要蔓延数小时,一次干旱从露头到成灾要经历数月的水分亏缺,一次低温雨雪冰冻则沿着输电线路与道路网络铺开。所以这类灾害的空间分析重点不在“定位”,而在“追踪”与“预判”。本章先用三要素乘积(可燃物、地形、气象)搭起林火的空间逻辑,再区分火险区划(长期管理的底)与火险等级(当日管控的势)——两者混用会直接导致误判。卫星热点监测把巡护员走不到的地方纳入监视:14 颗卫星、日监测约 28 次、最高 2 米分辨率,但热点的本质是高温异常像元,从热点到火情需要三级核实。火行为模型的价值在“比选方案”而不在“预测结果”,六类不确定性共同限制了它的预测能力。后半章转到尺度错配(公里级预报如何落到乡镇级落区)与慢变量(干旱如何从单张图变成可回溯的时间序列),并以复合灾害的三种叠加形态收尾。

学习目标

读完本章,你应当能够:

  • 用“可燃物×地形×气象”三要素解释林火的空间逻辑,说明其中哪一项最难持续更新;
  • 区分火险区划与火险等级两套体系的服务对象与更新频率,指出混用会造成什么误判;
  • 说明卫星热点的本质与六类误报来源,写出从热点到火情的三级核实流程;
  • 解释火行为模型“在比选而不在预测”的含义,列出六类不确定性并指出哪一类最难降低;
  • 说明气象灾害的核心矛盾是尺度错配,并写出把公里级预报转成乡镇级落区的三条技术路径;
  • 区分同时、接连、链式三种复合灾害叠加形态,说明为什么“2.3% 高风险区”是当前多灾种叠加评估的最高共识水平。

把森林草原火灾、气象灾害与干旱放在同一章,是因为它们共享一个容易被忽视的特征:致灾因子在时间上连续、在空间上弥散,很难像地震那样找到一个明确的“事件原点”。一场火从点燃到成灾要经过数小时的蔓延,一次干旱从露头到成灾要经过数月的水分亏缺,一次低温雨雪冰冻的影响则沿着输电线路与道路网络铺开。这类灾害的空间分析,重点不在“定位”,而在“追踪”与“预判”。

这个特征也决定了本章的写作重心。森林草原火灾部分要讲清可燃物、地形、气象三要素如何共同决定火的行为,以及卫星热点为什么会有大量误报;气象灾害部分要讲清预报网格与承灾体尺度之间的错配;干旱部分要讲清一个慢变量如何被空间化。三者共同的判断是:在这些领域,GIS 的价值主要体现为“把不确定的东西说清楚”,而不是“把不确定的东西算准”。

需要先说明一个口径问题。在公开的 2025 年全国十大自然灾害名单中,入列的是地震、滑坡、暴雨洪涝与台风,森林草原火灾与干旱并未单列(应急管理部、国家防灾减灾救灾委员会办公室,2026-01)。这不意味着这两类灾害没有发生,而是说明在该年度的损失结构中,它们的相对量级低于入列的十起事件。评估一类灾害的 GIS 能力,不能只看它是否进入年度榜单,而要看它在常年状态下的防治需求。

6.1 森林草原火灾的空间要素

一场火是否发生、如何蔓延、能否扑灭,由可燃物、地形、气象三个要素的乘积决定。三者的空间分布叠加在一起,构成了火险的空间格局;三者在时间上的变化,构成了火险的日变化。GIS 的第一项工作,是把这三个原本分属林业、测绘、气象三个部门的图层,放到同一个空间框架里,并且让它们能够逐日更新。

底数的完整性决定这项工作的起点。第一次全国自然灾害综合风险普查对 18 万余处地质灾害隐患点信息作了更新,同时形成了覆盖多灾种的调查数据体系,并编制 11 号普查公报(国务院普查办,2024-05)。这套底数对森火管理的直接作用是:林区内的村庄、道路、水源、瞭望设施第一次能够在统一的空间框架下被检索,而不必依赖各单位的台账拼接。

6.1.1 可燃物:连续性是关键,不是数量

可燃物描述的是“烧什么”。类型(针叶林、阔叶林、灌丛、草地)、载量(单位面积的可燃物重量)、含水率、垂直连续性(地表枯落物、灌木层、中层、冠层是否连通)、水平连续性(林分是否连片),共同决定了火的强度与蔓延方式。

其中最关键的是连续性,而不是载量。一片载量很高但被道路、农田、河流切割的林子,火很难大面积蔓延;一片载量中等但连续分布的针叶林,一旦起火就可能形成树冠火,扑救难度陡增。垂直连续性更是决定性因素:地表火能否跃升为树冠火,取决于灌木层与中层能否把火“递”上去。

可燃物数据的空间化是难点。森林资源调查提供的是小班数据,精度高但更新周期长;遥感分类提供的是面上的类型分布,更新快但难以给出载量与含水率。两者结合是目前的主流做法:用小班数据标定类型与载量的对应关系,用遥感更新类型的分布,用气象数据推算含水率的变化。

6.1.2 地形:坡度决定速度,坡向决定干燥度

坡度直接影响蔓延速度。上坡火的前进速度随坡度增加而显著加快,因为火焰更接近上方未燃可燃物,辐射与对流预热更充分。这也是山地火灾中“火往山上跑、人往山下撤”这一基本常识的物理来源。

坡向影响的是可燃物的干燥程度。阳坡接受日照时间长,地表温度高,可燃物含水率低,火险等级长期偏高;阴坡则相反。在同一座山上,阳坡与阴坡的火行为可能完全不同。

地形还通过沟谷与鞍部影响风的走向。山谷风、越山气流、鞍部的加速效应,都会在局部形成与区域风场不同的风况。这类微地形效应在米级地形数据上才能识别,而多数火险区划使用的是较粗的格网,无法表达。

6.1.3 气象:风是主导变量

在三个要素中,气象变化最快,也最难预测。风速决定蔓延速度,风向决定蔓延方向,相对湿度决定可燃物含水率,持续干旱决定可燃物的累积干燥程度。

风向突变是最危险的情形。火场上的风向一旦改变,火头可能突然转向,扑火人员若处在火头前方,撤避时间极短。这类事故的教训在行业内部被反复提及,也解释了为什么火场气象监测与现场风向标是扑救指挥的必备配置,而不是可选项。

6.1.4 火源与防护目标

火源分人为与自然两类。人为火源包括农事用火、祭祀用火、施工用火、输电线路故障;自然火源主要是雷击。人为火源的空间分布与人类活动强度高度相关,具有明显的季节性与时段性;雷击火则与雷暴路径相关,多发生在偏远林区,发现晚、扑救难。

防护目标包括村庄、林场、重要设施、水源地、文物古迹与各类保护区。防护目标的空间位置决定了扑救的优先级:当火头指向村庄时,扑救的首要目标从“控制火线”转为“保护居民点”,战术随之改变。

表6-1 森林草原火灾的空间要素与数据需求

要素 关键变量 数据来源 更新频率 主要问题
可燃物 类型、载量、含水率、连续度 森林资源调查、遥感分类 年际 载量与含水率难以空间化
地形 坡度、坡向、海拔、沟谷 数字高程模型、实景三维 长期 微地形被格网平滑掉
气象 风速风向、温度、湿度、连续干旱 地面站、数值预报 小时级 冠层风与山谷风缺测
火源 农事用火、祭祀、线路、雷击 巡查记录、雷电监测、线路台账 动态 人为火源难以预测
防护目标 村庄、林场、设施、水源 基础测绘、部门台账 年际 台账与实地不一致
扑救资源 队伍、装备、水源、道路 资源台账、路网 动态 通行能力未量化

6.2 火险区划与火险等级

火险区划是“底”,火险等级是“势”。前者回答“这个地方长期而言有多容易烧”,后者回答“今天这个地方有多容易烧”。两者用的是不同的数据、不同的方法、不同的更新周期,混用会直接导致误判。

6.2.1 两套等级体系,不要混为一谈

森林火险区划等级分为三级:Ⅰ级为高危、Ⅱ级为高风险、Ⅲ级为一般风险。这一标准在 2008 年与 2025 年经历过两次修订(林草与应急管理部门公开资料)。三次分级对应的是长期的、静态的区域属性,用于林火管理的力量布局、防火设施配置与责任划分。

森林火险气象等级则是五级划分,依据的是气象要素的短期组合,见《森林火险气象等级》(GB/T 36743-2018)。它逐日发布,用于提醒公众与基层当天的用火风险。

两套体系在传播中经常被混用。看到“Ⅰ级火险”就以为当天最危险,或者看到“五级火险”就以为是长期区划结论,都是常见的误读。正确的理解是:区划等级告诉你这个地方“底子薄”,气象等级告诉你今天“火气大”。底子薄的地方,即使气象等级不高也需要加强巡护;底子厚的地方,气象等级高时同样要严管火源。

6.2.2 静态区划的做法

静态区划的输入是气候、植被、地形与历史火情。气候提供的是长期的水热条件,植被提供的是可燃物的类型与连续性,地形提供的是坡度与坡向的分布,历史火情提供的是实际发生的频率与强度。

区划的方法通常是指标体系加权或聚类分析。技术难度不高,难点在指标的选取与权重的确定。权重往往依赖专家判断,不同地区的权重不可直接移植。

判断:区划成果的最大价值不是那张分级图,而是分级所对应的差异化管理制度。如果三级分区对应的巡护频次、队伍配置、设施标准完全一样,区划就退化成了一个学术练习。

6.2.3 动态等级的输入与输出

动态等级的核心输入是气象要素:气温、相对湿度、风速、连续无降水日数、降水量。这些要素经过组合计算,得到当日的火险指数,再映射为等级。

输出的空间形态通常是格网或行政区。格网更适合山区,能反映地形引起的差异;行政区更适合发布,因为责任是按行政区落实的。实践中常用“格网计算、行政区发布”的方式,两者之间的聚合规则需要明确定义,否则会出现相邻两县等级不同、但实际地形连续的情况。

6.2.4 火险等级是概率语言

最重要的一点:火险等级描述的是“起火并蔓延的可能性”,不是“一定会起火”。高火险等级的日子里,绝大多数地方不会发生火灾,这是概率语言的正常表现;但这不构成放松管控的理由,因为一旦起火,高等级条件下的扑救难度与过火面积会显著上升。

把概率语言当事件语言,会导致两种错误:一是高等级日未发生火灾就认为“预警不准”,进而在下一次降低响应;二是低等级日发生火灾就认为“预警失效”,进而怀疑整个体系。两种反应都会削弱制度的稳定性。

6.2.5 两套体系如何衔接

区划与等级在业务上应当形成“底加势”的组合。区划给出每个区域的基础防御要求,气象等级给出当日的动态响应强度,两者交叉形成响应矩阵:高火险区在高等级日采取最严格措施,一般风险区在高等级日也要提高巡护频次,但不必启动同等规模的响应。

这个矩阵的价值在于把有限的巡护力量按“区域重要性乘以当日风险”来分配,而不是平均撒开。它的建立不需要新的数据,只需要把两套已有的成果在设计上对接起来。多数地区的缺口恰恰在这里:区划与等级分属不同的业务系统,各自发布,互不引用。

6.3 卫星热点监测与火情早期识别

卫星热点监测是目前林火早期发现的主要技术手段,它的价值在于把“巡护员走不到的地方”纳入监视范围。但热点的本质是“高温异常像元”,不是“火灾”,两者之间的距离,就是这一类技术全部误报与漏报的来源。

6.3.1 系统的能力口径

国家森林草原火灾卫星监测系统可接收处理 14 颗卫星数据,日监测频次约 28 次,空间分辨率最高 2 米(应急管理部,2025-01)。这组数字说明了三件事:多星组网带来了较高的时间覆盖,每天约 28 次意味着平均不到一小时就有一次观测机会;最高 2 米的分辨率属于高分辨率档次,但并非所有卫星、所有时段都能达到;“可接收处理”是能力表述,实际可用性受云量、过境时刻与数据下传条件影响。

需要特别指出,日监测频次是一个统计意义上的平均值,它在空间上并不均匀。同一颗卫星的相邻两条轨道之间存在观测空隙,多星组网可以缩小空隙但不能消除。火情恰好发生在空隙时段,是漏报的主要来源之一。

6.3.2 极轨与静止:两种互补的观测方式

极轨卫星轨道高度低,分辨率高,但重访周期长,过境时刻相对固定。静止卫星轨道高度高,可连续观测,但分辨率低。两者的组合是通行做法:静止卫星负责高频次扫描,及早发现异常;极轨卫星负责高分辨率确认,判明范围与强度。

这种组合的逻辑与“广域搜索加重点确认”的搜救策略一致:先用低成本手段缩小范围,再用高成本手段确认。理解这一点,就不会期待任何单一手段解决全部问题。

6.3.3 热点的物理机理

热点探测利用的是中红外与热红外波段对高温目标的敏感性。一个像元内如果存在明火,其辐射能量会显著抬高该波段的亮温,超过一定阈值即被判为热点。

问题在于“像元”是一个面积单位。一个几百米见方的像元内,如果只有很小一部分在燃烧,辐射能量被大面积背景稀释,亮温增量可能不足以触发阈值。这就是亚像元火的探测难题:火越小、像元越大,越难被发现。

改进的方法是背景窗法:不设固定阈值,而是把待判像元与其邻域像元的统计特征比较,超出邻域正常范围一定倍数的判为异常。这种方法对地表温度的背景差异更稳健,但对大范围高温背景(如盛夏的裸岩)仍然敏感。

6.3.4 误报的六类机理

第一类是高温地表的干扰。裸岩、沙地、火山岩在强日照下表面温度很高,与燃烧的亮温特征接近。

第二类是工业热源。厂房的烟囱、窑炉、冶炼设施、火炬,都是持续的高温点,且位置固定,容易在每次过境时反复触发。

第三类是水面与云的镜面反射。太阳光在水面、云顶的特定几何条件下反射进传感器,会在中红外波段形成虚假的高亮信号,这类误报与太阳高度角、观测角有关,具有一定的规律性。

第四类是云边缘效应。薄云与碎云的边缘在可见光与红外波段的表现复杂,容易被算法误判。

第五类是真火但非林火。农田焚烧秸秆、垃圾焚烧、祭扫用火都是真实的高温目标,探测没有错,错在分类。这类“误报”本质上是土地利用判读问题,而不是探测问题。

第六类是定位误差。像元定位受几何校正精度与地形起伏影响,在陡坡地区,一个像元的地面投影可能偏移到山坡的另一侧,导致热点位置与实际火点不符。

6.3.5 从热点到火情:三级核实

第一级是持续性核实。同一位置在连续多次过境中都被判为热点,可信度显著提高;只出现一次的热点,更可能是瞬时干扰。

第二级是多源交叉。视频监控、瞭望塔、无人机、护林员上报、雷电监测数据,都可以用来交叉验证。多源一致时,可以确认为火情。

第三级是地面确认。前两级都只能提高概率,最终确认必须靠地面人员或航空器抵近观察。

这个三级结构说明一个基本判断:热点的价值是“缩小搜索范围”,不是“确认火灾”。把热点直接当作火情发布,会造成大量空跑;把热点完全忽略,则会漏掉真正的早期火情。合理的做法是把热点分级推送,高置信度的直接通知核查,低置信度的进入待核实队列。

表6-2 卫星热点监测的能力边界与误报来源

维度 现状能力 局限 典型误报来源
时间频次 多星组网,日监测约 28 次 轨道间隙形成观测空档 空档期火情延迟发现
空间分辨率 最高 2 米级 大幅宽与高分辨率不可兼得 亚像元小火被背景稀释
光谱 中红外与热红外 高温背景干扰强 裸岩、沙地、窑炉、烟囱
定位 像元级几何定位 地形位移与校正残差 陡坡区热点位置偏移
判识 亮温阈值与背景窗法 云边缘与水面反射干扰 太阳耀斑、薄云边缘
复核 多源交叉与地面确认 依赖视频与地面力量 农田焚烧被计为林火

6.4 火行为模拟与扑救决策

火行为模型能给出的最有价值的东西,不是“火线明天在哪里”,而是“这几种打法哪一种更可能把火控制住”。理解这一点,就不会把模型输出当作预测结论,也不会因为预测不准而否定模型。

6.4.1 模型在算什么

主流的火行为模型属于半经验类型:以可燃物床的物理属性(载量、粒径、密实度、含水率)为基础,结合风速与坡度对蔓延速度的修正,计算火线蔓延速度、单位面积热释放(火线强度)与火焰长度。

模型的输出通常包括:蔓延速度、蔓延方向、火线强度、火焰长度、树冠火是否发生。这些量对战术选择有直接意义:火线强度决定能否直接扑打,火焰长度决定安全距离,树冠火是否发生决定是否需要改变战法。

6.4.2 六类不确定性

第一类是可燃物参数。载量、含水率、粒径分布需要实测,而实测样地的数量远不足以覆盖全域。模型使用的往往是类型平均值,与实际状态存在偏差。

第二类是风场。模型需要的是火场高度的风,而气象站提供的是 10 米高度的风,林内风速又受冠层阻挡显著降低。三者之间的换算关系依赖经验系数,误差很大。

第三类是地形简化。计算格网粗化会削平沟谷、抹掉鞍部,而这些微地形恰恰是火行为突变的触发点。

第四类是火与大气的反馈。大火会形成自己的风场,产生火旋风与飞火,这些现象超出了半经验模型的描述能力。飞火尤其危险,它可以让火越过隔离带,在数百米外形成新火头。

第五类是初始条件。起火点的准确位置、已燃范围的边界、火线的形状,都影响后续推演。这些信息在火灾初期往往不完整。

第六类是模型结构的适用域。半经验模型建立在特定可燃物类型与实验条件下,迁移到不同类型的植被时,需要重新标定。

6.4.3 输出怎么用:比选而非预测

把模型当作预测工具,会陷入“预测不准所以没用”的循环。把模型当作比选工具,价值就显现出来:在同样的初始条件下,比较“从东线直接扑打”与“在西侧开设隔离带”两种方案,看哪一种在若干小时后的过火面积更小、火线强度更低。

比选不需要模型绝对准确,只需要模型对方案差异的响应是合理的。这是一个重要的方法论转变:从追求“真值”转向追求“排序”。

6.4.4 扑救决策的空间问题

第一是兵力投送的可达性。扑火队伍到达火场的时间,取决于道路条件、距离、坡度与装备。陡坡地段常规扑救方式难以展开,需要调整战法或改用航空力量。

第二是水源。以水灭火需要水源,水源的距离、容量、取水条件(是否可通车、是否可停直升机)直接决定了以水灭火的可行性。空间分析可以把水源、道路与火线放在一起,算出“取水往返时间”,这个数字对战术选择的影响很大。

第三是隔离带的选址。理想的隔离带依托现有地形与地物:山脊、河流、道路、农地、防火林带。利用现有地物开设隔离带,工作量小、成功率高;在无依托的坡面上开设,成本高且容易被飞火越过。

第四是避险区。扑火队伍必须预先明确避险区域与撤离路线,避险区应当具备开阔、无可燃物、地势平缓等条件。这些区域在图上可以被预先标定,形成“避险区图层”,供现场指挥调用。

表6-3 火行为模型的不确定性来源

不确定性来源 具体表现 影响程度 可行的缓解方式
可燃物参数 载量、含水率、粒径缺实测 高 用调查样地分区标定
风场 冠层风与 10 米风差异大 高 结合地形风场订正
地形简化 格网粗化丢失沟谷与鞍部 中 局部加密并保留关键地形
火与大气反馈 火旋风、飞火难以模拟 高 仅作情景提示不作结论
初始条件 起火点与已燃边界不准 中 用遥感过火边界同化
模型结构 半经验公式的适用域限制 中 多模型集合,输出区间

6.5 气象灾害的空间表达

气象灾害的 GIS 难点是尺度错配:预报产品的格网通常是公里级,承灾体的尺度是米级,预警落区的要求是乡镇级。三者之间的换算不是简单的重采样,而是需要理解每一级尺度上信息的真实含义。

6.5.1 暴雨:从格网到落区

数值预报给出的是格网降水,公众与基层需要的是“我这个地方下不下”。从格网到落区的转换,涉及地形对降水的增幅、对流单体的随机性、以及“面雨量”与“点雨量”的差异。

实际工作中的做法是“预报加实况加阈值”:预报给出潜势,实况监测给出确认,阈值触发预警。这个链条中,GIS 的作用是把三个来源的数据在空间上对齐,并把落区与责任人匹配。

6.5.2 冰雹与雷暴大风:只能给潜势

强对流单体的空间尺度通常只有几公里到几十公里,生命史短则几十分钟。这样的尺度,超出了当前业务预报的分辨能力。因此对冰雹与雷暴大风,空间产品只能是“潜势区”而不是“影响范围”。

潜势区的表达需要克制。把潜势区画得过小,会漏掉实际发生的区域;画得过大,会失去指导意义。合理的做法是给出潜势区并明确说明其含义,同时在实况发生后快速更新。

6.5.3 低温雨雪冰冻:沿网络铺开的影响

这类灾害的空间特征不是“一片区域受灾”,而是“一条网络受灾”。输电线路覆冰、道路结冰、通信基站断电,影响沿着线状设施展开,呈现出明显的网络结构。

因此分析的单位应当是网络要素而不是行政区。哪些线路跨越了易覆冰的海拔带、哪些路段位于背阴的桥面、哪些基站在断电后会影响多大范围的通信,这些问题的答案都在网络的拓扑结构里,而不是在面状的分级图里。

6.5.4 沙尘暴与高温热浪

沙尘暴的影响通过能见度体现,空间上是“源区加输送路径加沉降区”的链条。它对交通、电力、健康的影响各有不同的空间尺度,需要分别表达。

高温热浪的影响则高度依赖城市内部的分异:建筑密度、绿地率、地表材质共同形成热岛,同一个城市内不同街区的体感温度差异显著。这类分析需要高分辨率的城市地表数据,而常规气象格网无法提供。

6.5.5 数据的汇聚

国家自然灾害综合监测预警平台接入气象、水利等 6 个涉灾部门 50 余类实时监测预报预警数据,以及第一次全国自然灾害综合风险普查 30 余类灾害数据(应急管理部,2025-07)。这个规模说明,气象灾害的空间表达问题,主要不是“没有数据”,而是“数据太多、口径不一、难以在同一张图上对话”。

判断:多源气象数据的融合,难点在时空基准与语义对齐,而不在传输与存储。同一个“暴雨”在不同部门的定义可能不同,同一片区域的格网可能不同,这些差异如果不处理,叠加出来的图就是错的。

对齐还涉及一个更基础的问题:空间参考。气象格网常以经纬度或投影坐标给出,水利断面沿河道里程组织,承灾体按行政区统计,三种空间组织方式之间需要一套统一的转换规则。这套规则如果不写清楚,同一场灾害在不同部门的图上会呈现出不同的范围,会商时就只能各说各话。

6.6 干旱监测与旱情评估

干旱是慢变量。它的空间边界模糊、发展过程缓慢、影响滞后显现,这三个特征使它成为最难用“一张图”表达的自然灾害。GIS 在干旱领域的正确姿态,不是画一张旱情图,而是维护一条可以回溯的时间序列。

6.6.1 四类指标,四个视角

气象干旱用降水距平、连续无降水日数等指标衡量,反映气候层面的水分亏缺。它的优点是计算简单、空间连续,缺点是只反映“天上下多少”,不反映“地上有多少可用”。

水文干旱用径流、水库蓄水、地下水位衡量,反映水资源的实际亏缺。它受工程调度影响很大,同样的降水条件下,水库调度策略不同,水文干旱的表现也不同。

农业干旱用土壤相对湿度、墒情监测衡量,反映作物可获取的水分。它是旱情对农业影响的直接指标,但监测站点稀疏,空间代表性有限。

社会经济干旱用饮水困难人口、灌溉缺口等指标衡量,反映干旱对人的实际影响。它是最终的政策关注点,但数据依赖逐级上报,时效性最差。

6.6.2 遥感能提供什么

遥感在干旱监测中的主要贡献是空间连续性。植被指数反映植被长势与水分状况,地表温度反映蒸散与热状况,二者的特征空间关系可以用来估算地表水分亏缺;微波遥感能够反演表层土壤水分,受云影响小,但空间分辨率较粗,且只能反映表层。

这些指标各有适用条件。植被指数在生长季有效,在非生长季或植被稀疏区失效;地表温度受天气与时间影响大,需要多时相合成;微波土壤水分在植被覆盖度高时精度下降。

6.6.3 空间表达的三种形态

第一种是分级面。按行政单元或流域单元给出轻旱、中旱、重旱、特旱的分级,用于宏观决策与信息发布。它的优点是简明,缺点是掩盖了单元内部的差异。

第二种是等值面。用插值方法生成连续的干旱指数面,用于观察空间格局。它的优点是连续,缺点是插值本身引入了额外误差,站点稀疏区尤其不可靠。

第三种是点位。饮水困难人口、供水工程受影响的点位,用于精准施策。它的优点是具体,缺点是需要逐级上报,时效性差。

三种形态各有用途,成熟的做法是三者并存、互相校验,而不是用一种替代另外两种。

6.6.4 人饮困难:干旱中最“点状”的问题

干旱的整体影响是面状的,但对人的影响常常是点状的:山区分散供水的村落、依赖小水源的居民点、季节性缺水的地区,在整体旱情并不严重时也可能出现饮水困难。

这类问题的空间特征是“小尺度、分散、与水源工程强相关”。解决它需要的不是更高的分辨率,而是更完整的水源工程台账:每个村的水源类型、供水人口、备用水源、运水距离。把这些信息落到图上,才能在旱情发展中快速判断“哪些村先送水”。

6.6.5 时间序列比单张图更重要

旱情的核心信息是“变化”:与常年同期比、与上月比、与去年同期比。单张旱情图只能说明当下,无法说明趋势;而抗旱决策的依据恰恰是趋势。

因此,干旱监测系统的核心能力应当是时间序列的管理与回溯,而不是单时相的可视化。这一点在系统建设中经常被忽略:界面上做得很漂亮,但无法回答“这个县三个月来的降水距平如何变化”。

表6-4 干旱监测的指标族与空间表达

指标族 代表指标类型 数据来源 空间尺度 适用与局限
气象干旱 降水距平、连续无雨日 地面站、格点降水 县至流域 反映气候异常,不反映可用水量
水文干旱 径流、水库蓄水、地下水位 水文站、水库调度 流域 受工程调度影响大
农业干旱 土壤相对湿度、墒情 墒情站、微波遥感 田块至区域 表层代表性有限
生态干旱 植被指数、蒸散 光学遥感 区域 受云量与生长期影响
社会经济干旱 人饮困难、灌溉缺口 逐级上报、供水台账 村至县 口径不一,时效滞后

6.7 多灾种叠加与复合灾害

复合灾害不是“几种灾害同时出现在一张图上”,而是“一种灾害改变了另一种灾害的致灾条件”。前者是制图问题,后者是物理问题。混淆两者,是当前复合灾害研究与应用中最普遍的偏差。

6.7.1 三种叠加情形

同时叠加:台风带来的大风、暴雨、风暴潮同时发生。三者共享同一个致灾因子(台风),但在空间上影响范围不同,需要分别评估后再综合。

接连叠加:前一轮降雨使土壤饱和,后一轮降雨在更低的阈值下引发地质灾害。2025 年贵州在一个月内经历两轮暴雨,第二轮的影响面明显更大,就是这种情形的典型。

链式叠加:地震引发滑坡,滑坡堵塞河道形成堰塞湖,溃决洪水冲刷下游。每一环的致灾因子都是上一环的后果。

6.7.2 2025 年的复合结构

从十大自然灾害的构成看,2025 年的复合性主要体现在“雨、洪、地灾”这条链条上:多起暴雨洪涝同时伴随地质灾害,贵州 5 月下旬的事件在名单中直接被称为“暴雨洪涝和地质灾害”(应急管理部,2026-01)。这种表述本身就承认了复合性。

另一条值得注意的链条是“台风加暴雨加内涝”:桦加沙与麦德姆两次台风都带来了大范围降雨,沿海城市在风暴潮顶托下排水受阻,内涝风险叠加。

6.7.3 综合风险区划给出的底图

第一次全国自然灾害综合风险普查首次明确了“三高一低”区域,首次识别出占全国陆地面积 2.3% 的自然灾害综合风险高风险区(国务院普查办,2024-05)。这 2.3% 的空间范围虽小,但它是多灾种叠加评估的产物,代表了当前对复合风险的最高共识水平。

需要正确理解这个数字的含义。2.3% 是“综合风险高风险区”占陆地国土面积的比例,它不等于“2.3% 的地方会受灾”,也不等于“这些地方不能建设”。它的用途是提示资源投放的优先序,而不是划定禁建区。

6.7.4 复合风险评估的三种方法

指标体系法把多个灾种的指标加权合成,优点是简单,缺点是可解释性差,权重难以说服人。

情景矩阵法列出若干致灾情景的组合,逐一评估,优点是物理清晰,缺点是组合数量爆炸。

联合概率法计算多个致灾因子同时超过阈值的概率,优点是理论严谨,缺点是对数据量与相关性结构要求高。

三种方法各有适用场合。应急管理实践中,情景矩阵法最实用,因为它直接对应“如果这样会怎样”的决策问题。

情景矩阵的设计要点是“可控的组合数”。灾种、强度、时间、空间范围四个维度如果全面组合,数量会迅速膨胀到无法处理。可行的做法是固定最不利的几种组合,比如“前期饱和加短时强降雨”“台风登陆加天文大潮”“地震后降雨”,把这些组合做成标准情景,反复演练、反复校核。情景数量少而稳定,才能形成组织记忆。

6.7.5 常见的错误

最常见的错误是把单灾种图层的最大值当作复合风险。这种做法隐含假设灾害之间完全相关,而实际上它们可能互斥(例如同一个地点不会同时被淹没和被火烧)。

第二个错误是忽略时间维度。把不同年份、不同季节的灾害图层叠加,得到的“复合风险区”没有实际意义。

第三个错误是忽略承灾体的变化。十年前的灾害分布叠加今天的人口分布,反映的是“过去的灾害打在今天的人身上”,这种错配会让结论失真。

6.8 典型实践

这一板块的实践可以分为三条线:以卫星监测为代表的广域感知,以智能体为代表的信息处理加速,以实景三维为代表的空间表达深化;此外还有一层正在成型的能力底座,即大模型与业务系统的结合。三条线的成熟度不同,价值也不同。

6.8.1 14 颗卫星与每日 28 次

前文已述及系统的能力口径:14 颗卫星、日监测约 28 次、最高 2 米分辨率(应急管理部,2025-01)。这个能力构成了当前林火监测的基础,也是各级指挥中心屏幕上那条“热点推送”的来源。

这个能力的意义在于把“发现”的时间提前。在林火扑救中,早发现一小时,过火面积可能相差数倍。但能力不等于效果,从“发现热点”到“派出力量”之间,还隔着核实、研判、调度三个环节,每个环节都可能消耗掉提前量。

因此,评价这套系统的指标不应只是“日监测频次”,还应当包括“从热点发现到核实完成的时间”与“从核实到力量到位的时间”。前一个指标反映信息处理能力,后一个指标反映组织能力。

6.8.2 森火智能体:企业口径的能力表述

2025 年 12 月 23 日,“人工智能加应急管理”生态研讨活动披露,森火应急智能体将火情识别准确率提升至 95% 以上,上报时间从 1 小时缩短至 3 秒(企业发布口径,需注意其为企业自行披露,非权威第三方评测结论)。

这组数字需要谨慎对待。识别准确率与上报时间是两个不同性质的指标:前者取决于测试集与判定标准,后者取决于系统链路与网络条件。企业的测试环境与真实火场之间存在差距,尤其在弱网、断网、多雾、夜间等条件下,实际表现可能与实验室数据不同。

但这类产品的方向值得重视。林火应急的瓶颈之一确实是信息处理速度:视频监控、热点数据、护林员上报、无人机影像,多源信息汇聚到指挥员面前时,人工筛选的成本很高。用模型做初筛,把“需要人看”的量降下来,这个思路是成立的。判断标准应当是“是否减少了无效核查”,而不是“准确率是否达到某个数字”。

6.8.3 实景三维与林区表达

实景三维中国已初步建成,5 米、10 米格网等系列产品覆盖全国陆地国土,1:1 万数据覆盖 70% 陆地国土;300 余个地级以上城市完成 LOD1.3 三维模型生产(自然资源部,2025-12)。

这些成果对林区火险管理的直接价值有限,因为林区的三维表达难点在植被,而不在建筑。但它提供了两个基础:一是统一的地形底座,可以支撑坡度、坡向、山谷风的计算;二是统一的空间框架,使得林业、气象、应急三方的数据可以在同一坐标系下叠加。

判断:实景三维在森火领域的价值,短期内主要体现为“底座统一”,而不是“林分还原”。要还原林分的垂直结构,需要激光雷达等专用数据,成本与覆盖面都还不具备全域推广的条件。

6.8.4 大模型底座与业务系统的关系

“十五五”规划要求统筹推进“久安”系列大模型底座建设(国务院,国发〔2026〕15 号)。这为智能体类应用提供了政策依据,但底座与业务之间仍有距离。

底座提供的是通用能力,业务需要的是场景化的判断。把通用模型直接接到火情研判上,效果往往不如针对特定数据分布微调的小模型。合理的路径是“底座加场景微调加人工复核”,三者缺一不可。

6.8.5 三条可提炼的经验

第一,广域感知解决“看得见”,解决不了“看得准”。卫星、视频、无人机的组合,必须配合核实机制,否则会产生大量无效出动。

第二,信息处理的加速比信息获取的加速更容易见效。在卫星资源已经相对充足的条件下,把处理链条压缩,收益可能大于再发一颗卫星。

第三,空间表达的深化要服务于具体动作。三维模型如果不能回答“队伍从哪条路上山、在哪个位置开设隔离带”,它的价值就停留在展示层面。

6.9 边界与误区

这一板块的误区有一个共同点:把“监测到的信号”等同于“发生的事实”。以下七条是最常见的。

误区之一是把热点当作火点。热点是高温异常像元,火点是正在燃烧的位置。两者之间隔着云、裸岩、窑炉、农田焚烧与定位误差。把热点直接发布为火情,会造成大量空跑;把热点全部忽略,会漏掉真正的早期火情。

误区之二是把火险等级当作火行为预测。火险等级回答“今天容不容易烧”,不回答“烧起来会往哪走、烧多快”。后者需要火行为模型,且需要实时的风速风向与已燃边界。

误区之三是相信模型能算出火线。半经验模型在特定条件下可以给出合理的蔓延趋势,但飞火、火旋风、火与地形的强耦合,都超出了它的能力。把模型输出当作撤离依据,是危险的。

误区之四是用一张图表达干旱。干旱是慢变量、大面积、边界模糊的灾害,单张图无法表达其发展趋势。正确的做法是时间序列加多指标对照。

误区之五是复合风险等于图层叠加。把不同灾种、不同年份的图层叠在一起,得到的是“曾经发生过的灾害的并集”,不是“可能同时发生的复合风险”。

误区之六是认为监测密度决定监测效果。增加卫星、增加视频、增加瞭望塔,都会提升覆盖率,但覆盖率不等于发现率。发现率取决于“信号能否被识别”与“识别结果能否被及时处理”。在林区,真正的瓶颈常常是后者:监控画面很多,值班人员有限,看不过来就等于没装。

误区之七是把一次成功的扑救归结为技术。一场火被控制住,可能因为风向有利、因为队伍及时到位、因为隔离带恰好依托了一条现成的林道。事后总结如果只写“运用了某某系统”,就无法把经验传递给下一次。有效的复盘应当区分三类因素:可复制的技术动作、偶然的有利条件、组织层面的有效安排。

还有一条容易被忽视的边界,是数据的适用尺度。火险区划的结果是给县、林场一级使用的,把它细化到行政村会失去统计意义;卫星热点是给区域监视使用的,把它当作单点坐标会放大定位误差;气象格网是给落区使用的,把它当作社区级预报会产生虚假精度。每一类产品都有它的自然尺度,超出尺度的使用不会带来更多信息,只会带来更多误判。

明确边界同样必要。就当前公开能力而言,这一板块的 GIS 做不到五件事:从热点直接判定火情;预测火线的精确位置与时刻;在无地面观测的条件下确定干旱的农业影响;给出公里级以下的强对流落区;用一张综合图替代多灾种的分别评估。

本章小结

森林草原火灾的空间逻辑是三要素的乘积:可燃物提供燃料与连续性,地形提供坡度与干燥度,气象提供风与含水率的变化。GIS 的作用是把这三个原本分属不同部门的图层纳入同一框架,并让它们能够逐日更新。火险区划是底,火险等级是势,两套体系分别对应长期管理与当日管控,混用会直接导致误判。

卫星热点监测把巡护员走不到的地方纳入了监视范围。14 颗卫星、日监测约 28 次、最高 2 米分辨率的能力口径,构成了当前林火早期发现的基础。但热点的本质是高温异常像元,误报来源包括裸岩、工业热源、水面反射、云边缘、农田焚烧与定位误差。从热点到火情需要三级核实,热点的价值是缩小搜索范围,而不是确认火灾。

火行为模型的价值在比选而不在预测。可燃物参数、风场、地形简化、火与大气反馈、初始条件、模型结构,六类不确定性共同限制了模型的预测能力;但用于比较不同扑救方案的相对优劣,模型是有效的。扑救决策真正的空间问题,是兵力投送的可达性、水源的取用条件、隔离带的依托地形与避险区的预设。

气象灾害的核心矛盾是尺度错配,干旱的核心特征是慢变量。前者要求把公里级的预报转换为乡镇级的落区,后者要求把单张图转换为可回溯的时间序列。复合灾害则要求区分同时、接连、链式三种叠加情形,普查识别出的 2.3% 综合风险高风险区,是当前多灾种叠加评估的最高共识水平。边界也随之清楚:这一板块的 GIS 不能从热点判定火情、不能预测火线、不能替代地面核查,它的作用是压缩从“发现”到“行动”的时间并把不确定性说清楚。在森林草原火灾与干旱这类低频率、高损失、难验证的灾害中,把不确定性说清楚,比给出一个精确的错误答案更有价值。

思考与练习

  1. 某林区连续三日高温干旱,卫星热点显示三处异常。请写出核实流程的每一步(谁、用什么手段、多长时间内完成),并说明哪一步在山区最容易失败。
  2. 把火险区划图与当日火险等级图叠在一起给乡镇干部使用,会产生什么误读?请重新设计这两张图的发布口径与配套说明。
  3. 选一场你了解的林火,说明当时如果要比较“正面阻击”与“侧翼开设隔离带”两种方案,模型能提供什么、不能提供什么。
  4. 设计一张干旱监测图的时间序列表达方案(至少三层信息),要求使用者能回答“这一片是本季新旱还是常年偏干”。
  5. 举一个“同时型”与一个“链式型”复合灾害的例子,说明两者的评估逻辑差异,以及 GIS 在其中分别应输出什么产品。
  6. 本章强调在低频高损灾害中“把不确定性说清楚比给出精确的错误答案更有价值”。请写三条具体做法,说明如何在一张图上实现这一点。

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