南方8种森林地表死可燃物在平地无风时的燃烧蔓延速率与预测模型

【目的】研究Rothermel林火蔓延速率预测模型及另外2种以Rothermel模型为核心的蔓延速率预测模型对南方8种典型森林地表死可燃物的适用性,为林火蔓延速率预测提供理论支撑和指导。【方法】以南方地区8种典型速率地表死可燃物为对象,根据研究对象的野外实际条件,在东北林业大学帽儿山实验林场风洞实验室内,构建不同可燃物床层含水率、载量及高度的可燃物床层,每种可燃物在平地无风条件下进行36次点烧试验,共288次点烧,记录每种可燃物类型不同配比条件下的蔓延速率。通过直接使用Rothermel模型、重新估计Rothermel模型参数、对Rothermel模型形式改进后自建模型的对比,得到最合适的预测模型。【结果】 1)平地无风条件下,南方8种典型森林地表死可燃物床层最大蔓延速率为0.55 m ·min -1 ,平均蔓延速率由大到小依次为:华山松、云南松、毛竹、柳杉、杉木、马尾松、麻栎及青冈栎。2)直接使用Rothermel模型预测的林火蔓延速率误差较大,平均绝对误差为0.18 m ·min -1 ,平均相对误差为70.0%。3)重新估计参数后的Rothermel模型及自建模型,预测的可燃物蔓延速率精度显著提高,平均绝对误差分别为0.04、0.037 m ·min -1 ,平均相对误差分别<18%、16.45%。4)重新估计参数的Rothermel模型与自建模型的预测误差的差异不显著,其中自建模型的预测值与实测值的 R 2 变化在0.71~0.90,平均为0.80。【结论】对南方8种典型森林的地表死可燃物类型,在平地无风条件下,重新估计参数的Rothermel模型及自建模型的预测精度相近,但自建模型可能更简单易用,可预测平地无风条件下可燃物地表火蔓延速率。     

黑龙江省夏季林火蔓延特点

通过对2001-2007年黑龙江省夏季森林火灾调查研究发现,该地区夏季林火种类有地表火、地下火、树冠火3种,这3种蔓延方式之间相互演变,多数为地表火与地下火同时存在。夏季林火蔓延速度普遍较慢,地表火蔓延速度大多在0.05m/s以下;浅层地下火在有林地的燃烧速度为2-4m/h、草甸为1-3m/h,深层地下火在有林地的燃烧速度为0.2m/h以下、草甸为0.05m/h以下;树冠火蔓延速度一般为180-600m/h。     

王正非林火蔓延模型改进研究

王正非林火蔓延模型是目前国内比较先进的森林火灾蔓延模型,但是由于林火行为的复杂性,此模型在准确率和普适性方面仍存在许多不足。本文结合已有的成果进一步改进王正非模型,增加了可燃物湿度对林火蔓延速度的影响,改进了林火初始速度的计算方式。针对各种坡度对林火蔓延行为的影响给出了一个计算公式。与改进前相比,改进后的模型使其对林火蔓延情况的预估更为精准。     

微机在立体地形图上模拟林火蔓延趋势的研究

利用微机来测算林火蔓延速度,根据实地条件,在计算机中设计程序框图,计算机即可判断火点蔓延趋势;计算出坡度影响因子,火点在t时间内蔓延半径;火点至蔓延区域内各网络点所需时间;利用求得时间数组,绘制时间等直线,亦即林火的蔓延趋势。     

基于GIS模型的林火蔓延计算机模拟

采用王正非和毛贤敏的组合模型,以Visual Studio2008作为开发平台,使用C#3.5语言实现计算机模拟运算,最终结合ArcEnginet9.3相应控件对模拟结果数据进行可视化呈现,生成林火蔓延图,实现对林火蔓延的动态模拟,可视化地表达林火的燃点位置、蔓延趋势、方向及不同时刻的燃烧状态。由于在模拟运算时对所有数据都采用IO流操作,较读写栅格数据提高效率,同时通过动态生成林火蔓延速度来更加合理的描述林火蔓延,充分发挥王正非和毛贤敏的组合模型,在风速、风向和地形上,对林火蔓延速度描述更为准确。通过对模拟结果的分析得出,在起火点位置数据合理的情况下,模拟效果很好。     

林火蔓延模型的研究与实现

以可视化开发环境Visual Basic6．0与Map Objects控件作为系统开发平台,建立以东北林业大学帽儿山实验林场为研究区域的林火蔓延可视化系统。根据影响林火行为的各项因素,将空间信息和属性数据结合在一起,并将GIS技术成功应用到系统中,实现了在栅格地形背景图上进行林火蔓延的动态模拟,获得同一燃点在不同蔓延模型下的林火蔓延扩展图像。     

林火蔓延模型及其动态模拟初探

森林着火之后,火向四周和上下不断蔓延,使大片森林发生火灾,给森林生态系统和人类带来一定的损失。结合我国的实际情况,本文采用林火蔓延的椭圆模型和遍历各点的林火蔓延模型对林火行为进行动态模拟,旨在推动林火蔓延的研究工作从定性的理论分析向定量化的研究方向发展,从而为森林防火、救火部门提供科学依据。     

虚拟景观下林火蔓延三维可视化研究进展

林火行为的研究与RS、GIS、GPS、林火数学模型、信息网络、数据库、计算机图形学、虚拟现实等技术密切相关,近些年来,这些技术的发展以及其集成化,使得对林火的研究从二维表达方式,再到如今的三维可视化表达,经过了一个又一个阶段.林火蔓延模拟与可视化的研究趋势是注重真实再现三维虚拟森林景观、多用户参与快速决策和网络信息服务等方面.文章以林火模型的发展、林火模拟系统的实现、以及与之相关的可视化技术的发展、林火模拟的实例几点为框架,对如今虚拟景观下林火蔓延三维可视化技术的研究状况和趋势进行了概述.     

多颗气象卫星连续监测林火的序列图构建

选取2007年肇庆"11·29"森林火灾期间的历史卫星遥感数据,借助过境广东区域的多颗卫星数据实现对林火的动态连续监测。基于指数火情算法提取火点信息,构建林火区域序列图,从而实现对火点快速定位和连续监测。结果表明,与火点假彩色图像相比,指数火情图更适合业务自动化作业,指数火情图不仅可以指示地理位置,还可以清晰指示火点发展动态、划分林火区域火情强度和预测蔓延规律,在构建动态序列图上具有明显优势。     

林火蔓延过程中辐射换热和点燃特性分析

【目的】基于辐射换热原理和火行为模型,从理论角度研究林火蔓延过程中火源辐射换热规律以及辐射点燃的特点。【方法】林火蔓延过程中的燃烧区为辐射源,其向火蔓延前方的热辐射等效为矩形辐射面。矩形热辐射面的长度为火焰长度,宽度对应火线宽度;环境风速的变化导致热辐射面出现不同程度的倾斜。选取枯立木和枯倒木这2类林火环境中典型可燃物作为辐射接受体,并分别设定接受体微元距地面1.5 m高和贴于地面。将林火蔓延以及至林缘后熄灭过程中对目标物的辐射换热分2个阶段计算,由此推导出接受体的瞬态辐射换热通量和累积的辐射换热量的计算式,并相应构筑辐射点燃的判据。与此同时,结合以往对林火行为规律的认识建立起林火蔓延以及至林缘衰弱熄灭过程中火行为参数间的关系式以辅助模型计算。基于火灾安全计算的有效性原则,设定火灾场景为最糟糕情形,即火焰温度赋值为1 200 K、发射率为1.0,并且一般情形下热辐射在大气中透过率为1.0。计算过程中,取火焰火宽度50 m,火焰长度变化范围为5 m～40 m,而风速变化范围则为0 m·s^-1～10 m·s^-1。【结果】针对特定野外试验工况试算结果确认,辐射换热通量计算结果与野外测量数据高度一致,由此验证了辐射换热模型的可靠性。针对若干火灾场景开展系列计算表明,无论是接受到的辐射换热通量还是累积辐射换热量,枯立木相对于枯倒木都占有优势,但这种优势随环境风速增大有所削弱。火焰蔓延至林缘后对接受体的辐射换热为其能量积累做出主要贡献,是造成辐射点燃的主要能量来源。【结论】随着接受体与林缘间距离的增大,目标物的能量积累水平迅速降低;火焰长度和环境风速则通过改变热辐射辐射换热效率和持续时间以影响辐射点燃的条件。以林缘附近枯立木作为接受体开展热辐射点燃条件的计算证实,当树冠火焰长度增至40 m,30 m以上间隔都能有效避免辐射点燃现象。如果替换成生物防火林带,该间隔则可以大大缩短。本项工作凸显生物防火林带在阻隔林火中的重要性,同时为林火阻隔系统的设计以及林区设施的保护提供特定理论指导。     

基于改进的元胞自动机林火蔓延模拟研究与实现

根据我国森林火灾蔓延的特点,在分析了国内外主流林火蔓延模型的基础上,将元胞自动机原理与林火蔓延自身的特点相结合,着重研究了风作用系数、地形坡度调整系数等在元胞自动机中的作用形式,并引入地图代数中距离系数的概念,对原有林火蔓延速度模型进行改进,以提高模拟精度,使模拟结果更加真实地反映现实世界中林火的蔓延特点。最后采用C#语言结合ArcEngine的编程技术,以汕头市某山地DEM(数字高程模型)数据为例,动态模拟了林火蔓延的过程。     

基于VLBP神经网络的林火风险预测模型

以北京房山区林火为研究对象,用神经网络方法研究了林火发生及蔓延与环境因子间的关系。研究流程为用GPS采集了林火火场中心数据,测量了火场面积。用GIS做空间分析,提取了火场空间环境因子。将数据在Matlab中用VLBP神经网络进行训练,建立了林火风险的预测方程。该风险模型由林火发生的风险模型和林火的蔓延风险模型组成。由于该模型采用的方法不依赖于先验统计模型,所采用的神经网络方法对非线性的数学关系有很强的预测能力,因而该模型具有很强的通用性。     

黑龙江省夏季林火火焰高度和火强度的研究

介绍了黑龙江省夏季森林火灾的种类,其包括地表火、地下火、树冠火三种.分析了这三种林火蔓延方式之间的相互演变关系,阐述了火强度的研究方法并给出了平均火强度值.     

生物防火工程抗林火测试总结报告

以生土带防火线和生物防火林带组成的生物防火工程,用以阻止和阻隔地表火蔓延和林冠火(飞火)的飞窜入侵,生物防火林带经7年管护后,平均树高4.45m,郁闭度0.90时,实地抗林火测试表明,以木荷为主体的防火林带在生土带的共同作用下,具有较好的阻隔林火功能。参试木荷受损率6.67%～13.39%且无重度受损。     

云南松林细小可燃物层燃烧初始蔓延速度的初步研究

为研究云南松林细小可燃物含水率、载量对燃烧初始蔓延速度的影响,用自行设计的燃烧床对不同含水率的可燃物进行了7次燃烧试验,通过分析试验过程中各测定的温度变化曲线,提出了可燃物层燃烧初始蔓延速度的计算方法,即试验台水平方向上两热电偶的距离除以两热电偶测到最高温的时间差,计算和分析表明,云南松林细小可燃物层燃烧的初始蔓延速度随可燃物含水率的增加而下降,可燃物的载量对初始蔓延速度影响不大,含水率为7.64%的云南松林细小可燃物的初始蔓延速度为0.020 0～0.023 1 m/s,平均为0.02 1 6 m/s,该速度接近云南松林细小可燃物层在森林防火期的最大初始蔓延速度.     

黑龙江省林火规律研究Ⅰ .林火时空动态与分布

根据黑龙江省 1980～ 1999年的林火资料 ,利用地理信息系统等工具 ,对黑龙江省林火时空动态和分布规律进行了研究。结果表明 ,黑龙江省林火可分为 1980～ 1987年的多发段和 1988年以后的低发段。人为火与总林火规律相似 :次数频谱周期为 16、4 5a和 2 3a ,面积频谱周期为 6a。雷击火次数频谱周期为 9 1a和 3 0a左右 ,面积频谱周期为 9 1a。总林火次数和面积显著正相关 ,雷击火的次数与面积不相关。林火主要发生在 4月、5月。人为火面积集中在 3月、4月 ,雷击火面积集中在 5月。林火由西北向东南呈条带状分布 ,西部、西南部和东北部林火较少。有 5个林火多发区。林火面积、平均蔓延速率、持续时间呈对数正态分布 ,具有自组织特点 ,分数维分别是 0 86、1 0 5和 0 6 8。对火频谱周期、自组织性进行了讨论 ,指出自组织函数将林火的时空特性结合在一起 ,采用负幂函数描述时存在适用下限并给出计算公式。对不同区域的自组织分数维进行了比较。对人为引入火烧的适宜强度和频度进行了简单探讨     

华山松林细小可燃物层燃烧初始蔓延速度的初步研究

用自行设计的燃烧床研究了华山松林细小可燃物含水率、载量对燃烧初始蔓延速度的影响,通过分析试验过程中各测点的温度变化曲线,提出了可燃物层燃烧的初始蔓延速度的计算方法,即试验台水平方向上两热电偶的距离除以两热电偶测定到最高温的时间差;华山松林细小可燃物层燃烧的初始蔓延速度随可燃物含水率的增加而下降,载量是影响华山松林细小可燃物燃烧初始蔓延速度的一个重要因素,含水率为5.68%的华山松林细小可燃物的平均初始蔓延速度为0.0227m.s-1,该速度接近华山松林细小可燃物层在森林防火期燃烧的最大初始蔓延速度。     

利用航空护林飞机进行机载图像传输试验

借助航空护林通用飞机,利用最新研发的WTXC-1型机载林火监测无线传输系统,探索性地开展了为可视化扑火指挥提供林火图像的应用试验,结果表明,航高在300～1900m、距离在5～80km范围内,可实时、清晰、稳定可靠地传输林火监测图像。一般来说,航高越高,传输效果越好,但传输距离超过80km以后,图像传输开始出现中断和延时传输现象;话音传输距离优于图像传输距离。     

油松辽东栎混交林分可燃物混合比例、载量及坡度对点烧蔓延速度的影响

蔓延速度是反映林火行为的重要指标之一,森林可燃物的混合比例、载量和地形坡度等对林火蔓延速度都具有非常重要的影响。通过室内点烧试验,分析可燃物混合比例、载量及坡度对油松、辽东栎凋落可燃物火烧蔓延速度的影响。结果表明;(1)可燃物火烧蔓延速度的变化范围在0.17~2.85m min~(-1)之间。(2)载量对蔓延速度有极显著影响,载量越大,蔓延速度越快;(3)坡度对火蔓延速度有显著影响,并呈显著正相关关系;(4)可燃物的针阔混合比例对火蔓延速度无显著影响,随着可燃物中针叶比例的增大,可燃点烧蔓延速度有加快的趋势。     

兴安落叶松林地表凋落物层含水率空间异质性研究

森林地表可燃物的含水率影响着林火的发生与蔓延,林火是影响森林景观结构和功能的主要因素之一。可燃物含水率的空间异质性决定了可燃物的引燃、燃烧和熄灭。运用经典统计学法和地统计学法对内蒙古赛罕乌拉自然保护区内落叶松(Larix gmelinii)林下设置的3种不同取样强度和3条不同方向(水平方向、垂直方向和斜向)样带的地表死可燃物含水率进行半方差分析,研究其空间分布格局,并揭示其空间异质性。研究方案中,3块样地的各样带分别设置不同长度和取样强度,长度分别为84,96,83 m,强度分别为100,80,70。各样地的样带重复3次取样。结果表明:3块样地中,样带长度为96 m的样地可燃物平均含水率最低(17.22%),变异系数最高(6.75%),样带84 m的样地变异系数次之,83 m的样地最低,可知随样带长度的减小变异系数也在减小;样带84 m的样地基台值最高,该样地可燃物含水率的空间异质性最高; 3块样地的垂直方向和样带84 m样地的水平方向可燃物含水率均表现出强烈的空间相关性,块金系数最低为0.002 6;通过模拟取样估测样地可燃物含水率,合理控制取样间距增加取样强度可以减小误差,取样间距5 m,取样强度为11个以上时,误差能够达到9%以下。增加取样密度和加大研究尺度更能揭示落叶松林地表可燃物含水率的空间异质性。本研究成果可为林火的预测和预防提供科学依据。