林火监测丨冯仲科：遥感要做观象识火的诸葛亮
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2019年3月30日，四川省凉山州木里县发生重大森林火灾，引发全民关注。4月5日， 31位英雄被爆燃的大火吞噬，举国上下哀思如潮。面对森林大火，遥感是否能够发挥天眼神威？带着满满好奇与疑问，小编专程拜访了北京林业大学多年专注于精准林业研究与应用的冯仲科教授，请他介绍林火遥感监测与防控的相关情况。
当前森林火险预报和遥感监测存在的问题是什么？
我认为是火险等级的细分和林火探测的精准预报问题。与国外相比，我国的森林资源管理最严格，只要有火灾就会追究地方政府责任，从国家和政府管理层面上一直非常重视，但是目前这方面的工作还比较粗糙，基本上是一个区一个县一段时间一个林火等级。在一定程度上，还没有抓住重点，不能在重点地区、要害部位、关键地段以及关键时段上对森林火灾进行准确的预判。每到气候变化或一些敏感时节，比方说春节、清明节，为引起各方面重视，我们会人为的提高防火等级。
但是从科学性上来讲，不同时空上发生火险的概率是大大不同的。与许多国家不同，我国森林边缘往往是人口居住地，因此比较容易发生人为火险，十几年前我国GIS研究就得出了离居民地、城镇1.5km内的森林是人为林火发生的要害地点。当人为因素给了一个火源，气象、气候和环境条件高度具备的时候，火灾就会发生。
在林火探测预报方面也是做的不精不细。中国东南西北中960万平方公里的国土，百分之二十几的森林覆盖率，加上灌木和草原，面对如此庞大的一个体系，做到精准，也很困难。我们采用遥感、无人机、地理信息和卫星导航定位技术，在一定程度上发挥了非常好的作用。但是多数情况仍属于事后诸葛亮。也就是发生明火后研究看明火在哪里、怎么扩散、怎么蔓延，或是对灭火效果进行评价，但我们希望的是能对林火进行科学预报的诸葛亮！
您的团队开展哪些研究工作？
我们把林火探测和发生后的控制作为团队的核心研究方向，以防患于未然为目标，希望像预报地震或其他自然灾害一样，通过遥感、地理信息技术植被分布数据特别是气象气候数据结合来探测或预报林火。
在国家林业局防火部门的支持下，我们对30年全国火点发生区域数据进行了分析，建立了林火预报模型，首次在国家尺度上提出火点发生与环境要素之间的多元统计关系，比方林火的发生，与空气湿度，平均气温以及降雨量之间有什么关系；与这个火点之间的经纬度、海拔又有什么关系；与森林的可燃物（包括枝干、灌木，草木等）有什么关系，这个模型的应用可以精准的预报全国任意时空的火险等级，系统的提升林火预报精度。
当森林中枯落物较多时，发生火灾的潜在危险就非常大。我国家实施天然林保护等工程以后，森林中枯落物大量的积累。尤其是降雨量、雪量丰富的时候，加快枯落物腐烂变质，一方面对森林来说是一种很好的肥料，可以改善土壤、涵养水源等。另一方面，这些枯落物，在腐烂的过程中，就会产生大量的甲烷。如果这个时候发生明火，环境的温度变化，这个甲烷就会引起相当于煤矿上的瓦斯爆炸的后果。但是目前要除去这些枯落物代价也非常大。
好多问题是矛盾的，比方说在很多情况下小范围的林火发生，有时候也是有益的。比如一片林子里的堆积物多了，而且受到病虫害的影响。那么每年的开春前后，人为的清除一次，将枯落物、灌木草等烧成肥料。与此同时只要我们控制得当，影响也不太严重。这也是一个是探测问题，要进行宏观监控，包括用无人机、气球等手段的探测，烧除一些病、虫、害元素，林业称之为计划性烧除。
林火蔓延与什么因素有关？您的团队有哪些研究成果？
林火发生在时间和空间上，表现为非常大的随机性和复杂性。但这些复杂性都绕不开燃烧过程中的几个要素，一个是可燃物。目前对可燃物研究很透彻，但对森林枯落物缺乏实证数据。二是与地形地势密切相关；三是与当时的气象气候条件密切相关，其中一个重要因素是风向，风向决定了林火的随机性，即使本来是无风的，只要有燃烧，冷热空气对流也会产生风速，改变风向。
有关明火蔓延研究，我们承担了国家电网供电线路上林火的探测工作，其中一项成果是通过三维景观模型表达火灾在多长时间内的空间蔓延，在国家电网系统线路安全运行上发挥了重要作用。国内外有很多林火蔓延的模型，我们也有自己的模型，但精度都不是很高，效果都不是特别理想，只能在一定程度上说明一些问题。
团队曾主持国家自然科学基金一个面上项目专门研究，进展很多，但效果仍不能令人满意，主要是做现场实验，哪怕是仿真实验都很困难，小样本的实验也难以满足我国森林植被结构的复杂性。
大火燃烧后，如何进行火场指挥和灾后评估？
目前指挥扑救的方法，通过蔓延速度模型仿真可预测燃烧时空，派人去那里打防火墙或扑救。现在看这种扑救实际效果有限。无人机无法靠近，人力和水源有限，高射炮、火箭筒代价太大。通常比较理想的林火消除时间是4小时以内，如果12小时内不能消灭，就得4天。如果4到5天不能消灭，那么就得一个月，典型的一个非线性！因此要加强林火探测，早预报、早发现、早处置！
从科学家的角度，您怎么看待林火防控和本次凉山森林大火事件？
我认为国家把林火防控上作为一个政治任务，一定程度上全民参与是必要的。现在的一个问题是我们对林火的规律认知还不够。很多基层的指挥员，很少遇到这么大的火灾，缺乏经验。这次凉山森林大火发生在U型谷里，面对熊熊大火，消防队员献出了年轻宝贵的生命，这是我们科学工作者的一种遗憾，不！是耻辱！森林火灾的最大危害是人员伤亡。生命高于一切！大火无情，我校的一位学生就在最近一次火灾抢险中牺牲的，大家都很痛心。
这样的灾难事件应该作为一个研究样本。面对峡谷地区着火的情况，我们应该怎么看？怎么想？怎么办？这给学者们提出了一系列新的研究命题：遥感数据在预测预报森林防火的方法和作用；遥感数据在大规模的预报地下枯落物的互动；枯落物中有害气体的含量，它的数量质量空间分布；林火蔓延等等。所以遥感贯穿于林火防控自始至终每一个阶段和进程，是林火防控中重要的高技术手段。
谈谈您对未来森林防火的研究设想？
根据历史数据建立更为精准灵活的森林防火模型，这项工作非常有意义。结合我们团队共享的全国森林30年历史着火点数据、遥感卫星影像以及时空条件数据（如：林火发生的时间、地点、地形条件、气象条件等），建立数据分析模型，得到森林火点发生的规律，创建了森林防火发生统计的模型。根据建立的统计模型，可以给每个城市、地区建立火灾风险等级分级，对地区火灾精准定位，将对民众有良好的防范宣示作用，也有助于防火减灾。
当然，研究团队要协同校内外、行业内外、国内外一切可以协同的力量，同时，加强我国防火网络体系的建设，包括防火交通、通讯、探测体系、采伐隔离带、防火树种隔离带设计与优化等方面；向林火发生机理模型进军，突破灭火技术人海战术、低效工具局面，应该在森林灭火领域发生一场科技革命，创建高科技牵引驱动的新一代灭火体系。
另外在管理与应用方面，要实现全面布网、重点监控、精准预报、预防为主、科技灭火、以人为本，走进领先世界的中国林火防控新时代！
团队
介绍
冯仲科，北京林业大学二级教授，精准林业北京市重点实验室主任，自然资源部空间信息智能感知工程技术研究中心主任。以第一完成人荣获国家技术发明二等奖，国家科技进步二等奖，北京市科技一等奖（发明类）及何梁何利奖等十余项，授权发明专利62项，软件著作权200件，长期从事森林资源与生态环境管理教学、科研和社会服务工作。
精准林业北京市重点实验室现有32名研究人员，21人有高级职称，实验室高度重视人才队伍的建设和培养，始终把队伍建设和人才培养放在实验室建设的重要位置和核心地位。实验室在2018年密切围绕森林资源与生态环境调查监测、森林环境分析与制图和森林环境与全球化三个主要方向开展科研工作，近年来在国内外发表论文200余篇，授权发明专利70余件，登记软件著作权300余件。在森林观测装备与方法研究方面成果突出，同时也实现了某些成果转化，转化能力在不断提升。
实验室面向北京市及环首都圈森林资源与生态环境及其效应问题，重点研究：
(1)森林资源与生态环境信息监测，应用航天、航空、地面观测等技术，实现森林资源与生态环境要素的精准量测和实时监测，并研发相关仪器和软件平台。
(2)森林环境模拟与评估，应用3S技术和模型模拟方法，研究林木与森林生长过程、森林与生态环境历史演化的虚拟现实表达和四维空间可视化，研究森林环境精准评估的标准和方法。
(3)多尺度森林生态环境响应。将宏观高精度遥感解译和微观精准现地量测结果相结合，分析近域和远域森林环境的相互关系和立地、小班、景观、区域等不同尺度森林的生态环境影响，研究不同尺度森林变化对环境的响应机制。
《遥感学报》即将推出林火遥感专栏，集中介绍国内研究团队开展的最新工作进展。希望未来我们能对森林防火做到灵活遥感，精准管控，让凉山大火不再重演！
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程邦瑜,金晓钟.1990.关于遥感技术监测森林火灾能力的估算.遥感学报,(1):38-42
赵宪文,李继泉.1989.用SPOT卫星影像研究阿木尔林业局森林火灾损失.遥感学报,(2):110-115
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