北京市十三陵林场油松林地表火行为模拟

目的油松林是华北地区典型针叶林分,易发生森林火灾。通过对油松林地表火行为模拟研究可以为森林可燃物管理,林火预防及扑救提供科学依据。方法本研究以北京市十三陵林场油松林为研究对象,通过野外调查地表枯死可燃物(1、10、100 h时滞)和灌层可燃物,记录林分因子(第1枝下高、树高、林龄和胸径)和环境因子(坡度、坡向和海拔)。结合内业实验测可燃物含水率和热值,利用火行为模拟软件BehavePlus5.0,对1 h时滞可燃物设定不同含水率和风速值,模拟所研究林分地表火蔓延速度、火线强度、火焰高度以及单位面积发热量4个重要的火行为指标。结果1、10、100 h时滞和灌层可燃物占总可燃物载量比分别为78%、5%、4%和13%。基于实测可燃物载量和含水率,油松林地表火蔓延速度平均值为2.1 m/min,火线强度平均值为270 kW/m,火焰高度平均值为0.95 m单位面积发热量平均值为7 139 kJ/m2。油松林1 h时滞可燃物载量显著高于10 h时滞和灌层可燃物载量。在1 h时滞可燃物含水率为6%,风速为40 km/h的强风和干旱天气条件下,油松林地表火蔓延速度平均值为15.1 m/min,火线强度平均值为3 278.5 kW/m,火焰高度平均值为3.1 m,单位面积发热量平均值为12 337.5 kJ/m2。结论油松林内1 h时滞细小可燃物载量高于其他类型可燃物载量。地表火蔓延速度慢,火强度低,火焰高度低于第一枝下高,在正常天气条件下容易被扑灭。模拟结果表明油松林在低含水率的条件下,风速会显著增加地表火蔓延速度,难以人为扑灭,需清理地表可燃物,降低火险。      

兴安落叶松人工林采伐迹地的燃烧特性

经实地勘查后布置燃烧床,以风速、表层可燃物含水率、现场温度、坡度为因素,温度变化、燃烧蔓延速度、火线强度为特性指标设计L9(34)正交试验。结果表明:风速对火蔓延速度及火线强度具有明显影响,随着风速的增大,火蔓延速度与火线强度明显增加;表层含水率对最高温度、火蔓延速度及火线强度的影响较明显,随着表层含水率增加,最高温度、火蔓延速度及火线强度均降低;现场温度对最高温度有明显影响,随现场温度升高,最高温度增加;坡度对最高温度、火蔓延速度及火线强度均有影响,随坡度的增加,最高温度增加,火蔓延速度加快,火线强度加强;风速及表层含水率是影响剩余物燃烧的主要因素,当风速为5 m·s-1、表层含水率为10%时,影响剩余物燃烧的权重最大。     

大兴安岭兴安落叶松林阻火能力的研究

在大兴岭地区加格达奇、塔河、松岭林业局，对不同兴安落叶松林分类型进行调查。根据外调查资料、结合郁闭度、年龄、坡度等因子、求出不同林分类型各种可燃物载量。结合热值，初始引燃含水率以及初始蔓延含水率，对不同兴安落叶松林分类型的燃烧性与阻火性进行研究分析，结合郁闭度，火险等级建立了兴安落叶松林分的阻火模型。研究结果表明、兴安落叶松林分具有较好阻火能力，适宜做为阻火林带。     

兴安落叶松人工林采伐迹地的燃烧特性1）

经实地勘查后布置燃烧床，以风速、表层可燃物含水率、现场温度、坡度为因素，温度变化、燃烧蔓延速度、火线强度为特性指标设计L9（34）正交试验。结果表明：风速对火蔓延速度及火线强度具有明显影响，随着风速的增大，火蔓延速度与火线强度明显增加；表层含水率对最高温度、火蔓延速度及火线强度的影响较明显，随着表层含水率增加，最高温度、火蔓延速度及火线强度均降低；现场温度对最高温度有明显影响，随现场温度升高，最高温度增加；坡度对最高温度、火蔓延速度及火线强度均有影响，随坡度的增加，最高温度增加，火蔓延速度加快，火线强度加强；风速及表层含水率是影响剩余物燃烧的主要因素，当风速为5 m· s－1、表层含水率为10％时，影响剩余物燃烧的权重最大。     

大兴安岭林区典型森林和草甸细小死可燃物含水率预测模型

准确预测森林细小死可燃物含水率对提高森林和草原火险预测精度具有重要的科学意义。以大兴安岭林区兴安落叶松-白桦(Larix gmelinii-Betula platyphylla)混交林、兴安落叶松林(Larix gmelinii)、蒙古栎林(Quercus mongolica)和草甸细小死可燃物为研究对象,确定影响林内t时刻可燃物含水率变化率的影响因子(林外t-1时刻的气温变化率、相对湿度变化率和累计降水量变化率),根据统计回归理论建立细小死可燃物含水率变化率模型,进而构建大兴安岭林区典型森林和草甸细小死可燃物含水率预测模型。结果表明:兴安落叶松-白桦林混交林、兴安落叶松林、蒙古栎林和草甸细小死可燃物含水率预测模型准确率分别为91.1%、90.0%、91.0%和81.0%(相对误差不超过5%),可燃物含水率预测模型预测效果良好,模型具有较好的实用性,可为大兴安岭林区的森林火险预警提供理论和技术支持。     

兴安落叶松人工林潜在地表火行为特征的影响因素

森林火灾包括地表火、地下火、树冠火,其中地表火发生最为频繁.以大兴安岭地区兴安落叶松人工林为研究对象,通过野外调查数据,应用Behaveplus软件和SPSS三因素方差分析方法,分析不同地类、不同可燃物湿度以及火焰平均风速对各火行为指标的影响.结果表明:地类、可燃物湿度以及火焰平均风速对兴安落叶松人工林地表火的蔓延速率、火线强度、火焰长度、单位面积热量的影响都具有显著差异(P<0.05);火行为指标随可燃物湿度的增加而降低,随火焰平均风速的增加而升高(单位面积热量除外);在所有影响因素下,有坡山地和农用地的火行为指标都相对较高.     

北京门头沟区主要林分类型地表火行为模拟研究

  目的  地表火是最常见的林火类型，直接影响植被更新和生态系统的养分配置与循环。反映林火行为的常见指标有火蔓延速度、单位面积发热量、火强度和火焰高度。根据实际林分和立地条件进行火行为模拟，可以揭示林火发生条件，并有效判断树冠火发生的可能性，为林火的预防和扑救决策工作提供科学依据。  方法  选取北京市门头沟典型林分（刺槐林、油松林、侧柏林）为调查对象，每个林分设置5块样地，共计15块样地。通过野外调查获取可燃物载量（灌木可燃物、草本可燃物、1时滞可燃物、10时滞可燃物、100时滞可燃物）、林分因子（第一活枝下高、第一死枝下高、树高、胸径、郁闭度）和立地因子（海拔、坡度、坡向、坡位）数据，使用BehavePlus6软件，基于气象参数和可燃物参数，模拟不同燃烧条件下不同林分类型的火行为指标，分别为地表火蔓延速度、单位面积发热量、火线强度和火焰长度；使用R语言进行主成分分析，根据贡献率探讨林分因子、立地因子和可燃物因子对火行为的潜在影响。  结果  侧柏林、刺槐林和油松林的可燃物总载量分别为15.35、17.59、15.28 t/hm2，其中易燃可燃物载量（即上层枯叶、易燃草本、1 时滞可燃物）分别是4.55、4.41、6.18 t/hm2，分别占林分总可燃物载量的29.6%、25.1%、40.4%。防火期内门头沟区的平均风速为2.2 m/s（7.9 km/h），地表火蔓延速度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，速度分别达11.5、11.1、8.0 m/min。单位面积发热量油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，分别为23 091、21 155、18 413 kJ/m2；火强度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，分别为4 426、3 882、2 468 kW/m；油松林火焰高度变化范围分别是0.89 ~ 3.40 m、1.34 ~ 2.91 m、1.78 ~ 3.88 m，同等条件下火焰高度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林；8级大风天气下（风速17.9 m/s，64.4 km/h），地表火行为的模拟结果会略有改变，侧柏林的火蔓延速度更快、火强度更高，油松林、刺槐林次之。根据主成分分析的因子贡献度，分别得出影响3种林分火行为的主成分，侧柏林、刺槐林与油松林的第1与第2主成分分别为可燃物构成（可燃物载量及影响其分布的地形因素）与林分因子、可燃物构成与可燃物含水率、林分因子与可燃物含水率。  结论  （1）易燃可燃物载量是影响林分火行为的关键因子。（2）可燃物含水率对火行为指标的数值起决定作用，可燃物含水率的临界值影响林火发生类型。可燃物湿润时无论风速大小，林地难以起火；可燃物干燥时处于易燃状态，大风天气时容易发生蔓延快、强度高的地表火。（3）可燃物连续性是决定地表火发展成为树冠火的关键因素，火焰高度大于第一活/死枝下高，极有可能从地表火发展成为树冠火，扑救难度极大。建议需定期修枝割灌，清理林下可燃物，降低火险。      

红松人工林地表针叶可燃物燃烧PM2.5排放影响因子

目的为研究森林火灾对大气环境中PM_2.5的贡献量, 分析不同火环境下地表可燃物排放PM_2.5的变化特征, 以期为森林火灾排放颗粒物污染提供依据。方法本实验以帽儿山地区红松人工林地表针叶可燃物为研究对象, 铺设不同可燃物载量和可燃物含水率组合方式的可燃物床层, 基于燃烧风洞实验室进行点烧实验192次, 并利用崂应2050型智能空气/TSP综合采样器定量测量不同风速条件下可燃物燃烧释放烟气中细颗粒污染物(PM_2.5)浓度。结果在可燃物载量、可燃物含水率和风速的共同作用下, PM_2.5质量浓度值有很大的变化区间, 最小值为166.7μg/m3, 最大值为7516μg/m3。各因子对PM_2.5质量浓度的影响差异较明显, 从大到小的顺序为:可燃物载量＞风速＞可燃物含水率。通过多因素方差分析表明, 可燃物含水率与PM_2.5质量浓度没有明显的相关性(P＞0.05), 可燃物载量和风速与PM_2.5质量浓度相关关系显著(P＜0.05), 且可燃物载量与风速存在显著的交互作用(P＜0.05)。以双因素模型拟合PM_2.5质量浓度预测模型, 可燃物载量和风速共同解释77%的PM_2.5质量浓度变差。结论红松针叶燃烧对大气颗粒物污染有明显的贡献作用。PM_2.5质量浓度对可燃物含水率、可燃物载量和风速的响应程度存在明显差异, 与可燃物载量和风速呈显著正相关, 与可燃物含水率关系不明显。本研究以可燃物载量和风速为预报因子构建的PM_2.5质量浓度预测模型具有较高的精准度, 可以为估算森林火灾排放PM_2.5质量浓度提供理论基础。      

北京山区主要针叶林可燃物空间连续性研究——可燃物水平连续性与树冠火蔓延

以北京市山区主要针叶林(侧柏林和油松林)为研究对象,通过对林分树冠可燃物的负荷量、结构、理化性质及火行为特征进行分析,建立了树冠可燃物水平连续性指数D和评估等级,并对侧柏林和油松林的可燃物水平连续性进行评估与分析。研究结果显示:可燃物负荷量对火蔓延速度的影响显著,随可燃物负荷量增大,火蔓延速度增加,增加幅度受到可燃物紧密度的影响;风速对火蔓延速度的影响十分明显,对可燃物水平连续性的影响程度大于坡度;相同风速下,油松林树冠火的蔓延速度大于侧柏林;侧柏林D的平均值为1.470(高度连续),油松林D的平均值为0.933(中度连续),侧柏林树冠火蔓延的危险性大于油松林,一旦发生火灾,侧柏林比油松林更容易形成大面积高强度树冠火;D的主要影响因素是针叶树种树冠负荷量及其空间分布,以及风速和坡度及其协同作用。     

室内模拟坡向和坡度对可燃物含水率的影响

森林地被可燃物含水率的动态变化是影响森林火险等级高低的因素之一,为研究不同地形条件对1h时滞可燃物含水率的影响,采集哈尔滨城市林业示范基地的白桦林和兴安落叶松—白桦混交林地被物以及林地内的土壤,借助变坡土槽在实验室模拟6种不同坡向坡度的森林地被可燃物床层结构,连续监测可燃物含水率和气象参数的动态变化,绘制可燃物含水率动态变化曲线,计算不同地形条件下可燃物含水率的统计学特征。结果表明,平地可燃物含水率＞缓坡可燃物含水率＞陡坡可燃物含水率,阴坡可燃物含水率＞阳坡可燃物含水率;构建了不同地形条件下地被可燃物含水率气象要素回归模型。     

帽儿山地区典型地表可燃物含水率动态变化及预测模型

目的可燃物含水率预测是林火预报研究的重要内容,其中地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质含水率在一定程度影响了林火垂直蔓延的持续性及地下火发生的可能性,含水率变化主要是受天气状态和地形特征的影响,而我国关于半腐殖质和腐殖质含水率动态变化及其预测模型的研究较少,分析红松蒙古栎针阔混交林下的地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质3层可燃物含水率的动态变化,对建立我国林火预报系统有指导作用。方法本研究对帽儿山地区红松蒙古栎典型针阔混交林下的地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质含水率进行每日监测,同步监测林分内气象数据,统计分析气象要素和3层可燃物含水率的相关性,选择气象要素回归法建立3层可燃物类型的含水率预测模型。结果在整个监测期内,地表细小可燃物含水率波动最大,最小值为10.99%,最大值为253.30%;半腐殖质次之,最小值为19.21%,最大值为238.07%;腐殖质含水率最稳定,最小值为48.45%,最大值为193.83%,波动最小。地表可燃物含水率变化对气象因子的响应最敏感,多与当日或前一日气象因子相关,半腐殖质次之,腐殖质含水率仅与空气温度相关;建立3种可燃物含水率气象要素回归预测模型,其中地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质的含水率预测模型平均绝对误差和平均相对误差分别为22.2%、23.5%、17.1%和7.1%、14.8%和23.4%,以MRE为15%为界限,细小可燃物和半腐殖质含水率预测模型精度均能达到林火预报精度,腐殖质含水率预测模型精度较差。结论综合分析可得,3层可燃物在防火期内有被引燃,进而发展为森林火灾的可能,在今后的林火预报工作中,还应该注意地下可燃物,包括半腐殖质和腐殖质含水率的预报。      

云南3种乔木防火期内含水率变化及预测模型

乔木是森林可燃物重要部分,乔木叶片含水率预测是森林火险预报和火行为预报系统的重要任务之一。为了探究乔木叶片含水率变化规律及影响因子,对云南昆明3种典型乔木叶片的含水率变化进行研究。在侧柏(Platycladus orientalis)、云南松(Pinus yunnanensis)和华山松(Pinus armandii)林分内设置样地,于2014年2月19至5月29日进行为期100d的连续野外含水率观测,并同步监测样地内气象因子,分析了昆明地区3种主要乔木叶片在防火期内含水率的动态变化及影响因子,并建立了每种乔木可燃物类型的含水率变化预测模型。结果表明:1)防火期内3种乔木活可燃物的最低含水率都<130%,有发生树冠火的潜力。3种乔木的燃烧性由大到小依次为:侧柏、云南松、华山松。2)日平均湿度、降雨量及前5日降雨量对3种乔木活可燃物含水率都有显著影响。3)3种乔木可燃物含水率预测模型的平均绝对误差及平均相对误差的范围分别为8.4%～15.9%、6.3%～10.3%。研究结果为我国林火预测预报系统研究提供基础资料和科学依据。     

基于Rothermel模型的北京鹫峰国家森林公园潜在火行为

Rothermel模型以燃烧物理学为理论基础,基于能量守恒定律,属于物理机理模型。基于Rothermel模型,利用BehavePlus 5.0 5软件,采用自定义可燃物参数模型,通过输入不同的可燃物模型参数,包括不同时滞的地表枯枝负荷量、可燃物床层厚度、含水率、热值、风速、坡度等,研究计算了不同可燃物湿度条件下北京鹫峰国家森林公园潜在地表火行为状况,即蔓延速率、单位面积发热量、火线强度和火焰高度等。结果表明:4种林型火行为指标均随可燃物湿度、坡度增大而降低,油松Pinus tabuliformis林极易发生高强度地表火,侧柏Platycladus orientalis林易发生中强度地表火,华北落叶松Larix principis-rupprechtii因本身难燃,仅可能发生低强度地表火,栓皮栎Quercus variabilis林因地表凋落物累积较多,且林分通风条件好,在低湿度、干旱条件下易发生中等强度地表火,对林分结构造成破坏。因此,在护林防火工作中,我们要以油松、侧柏林防火为主,及时清理林下有效可燃物,减少可燃物累积,防止林火的发生与蔓延,最大程度减少森林资源损失。图5表3参19     

北京地区8种树种枯死可燃物含水率预测模型及变化规律

目的森林可燃物含水率对林火的发生蔓延，尤其是对森林火灾火行为影响重大，可燃物含水率预测模型在预报火灾和预测林火行为方面作用显著。方法对北京地区8种常见森林树种防火期内可燃物含水率连续测定，分析不同树种不同种类可燃物含水率与当期和前期气象因子间的关系。选择影响程度较大的当期和前期气象因子为自变量建立可燃物含水率的预测模型，并在此基础上定量分析可燃物含水率的日变化和整个防火期内的变化规律。结果不同树种可燃物含水率存在显著差异，8个树种平均可燃物含水率由大到小依次为:栓皮栎 > 槲栎 > 榆树 > 刺槐 > 五角枫 > 侧柏 > 油松 > 落叶松。不同种类可燃物含水率存在显著差异，可燃物含水率总体上表现为阔叶树大于针叶树，枯叶和枯枝1 hr大于枯枝10 hr和100 hr。枯叶和枯枝1 hr主要受当期气象因子影响，而枯枝10 hr和100 hr主要受前期气象因子影响。所建立的32个线性预测模型各检验指标显示模型拟合效果好。可燃物含水率日变化表现为夜间高白天低，夜间稳定白天变幅大，06:00—08:00达到最大值，而后急剧下降，12:00—14:00左右达到全天最低值。防火期内，可燃物含水率呈现出先上升后下降趋势，11月可燃物含水率较低，但在缓慢增加，12月至次年1月含水率较高，而3月初至4月底可燃物含水率保持很低状态。结论不同种类不同类型可燃物含水率预测模型精度较高，可为防火工作提供理论支撑，可以实践运用。北京地区3月份和日内中午时间干燥多风，温度较高，可燃物含水率达到很低的状态，森林火险等级较高，应加强管理。      

八达岭林场油松林冠层可燃物特征及潜在火行为

  目的  研究冠层可燃物特征和树冠火发生条件,模拟潜在火行为特征,对于森林可燃物管理及树冠火有效防控均具有重要意义。  方法  本文以北京市八达岭林场油松林为研究对象,利用破坏性取样方法,选择具有代表性的18株油松样木进行采伐,自第一活枝高始,以1 m为一个层次对油松林冠层由下而上进行划分,不足1 m的按照1 m层次划分,并按照冠层可燃物枝条径阶大小（针叶;大枝直径 ≥ 0.64 cm;小枝直径 < 0.64 cm）调查冠层总可燃物生物量,结合样地面积和油松林平均冠长,计算样地平均冠层可燃物负荷量（CFL）和冠层容积密度（CBD）。基于林分因子,建立与林分结构参数（胸径、第一活枝高、冠长、树高、冠幅）的多元回归模型;根据冠层可燃物负荷量模型可估算样地平均冠层容积密度,结合研究区防火期内月平均最大风速和地表可燃物负荷量,在3种细小可燃物含水率条件下（6%、10%、14%）,利用van Wagner和Cruz的树冠火蔓延模型,预测油松林树冠火的发生,利用Byram模型计算冠层潜在火行为特征（如火线强度和火焰高度）。  结果  （1）油松林平均冠层可燃物负荷量为4.54 t/hm2,冠层容积密度为0.21 kg/m3,可燃物负荷量分布呈现由下而上逐层递减的趋势。林冠底层（0 ~ 1 m）可燃物占冠层总可燃物比例最大,为54.03%,大枝在林冠底层分布比例较大且快速逐层递减,针叶在各层次均有较大比例分布。（2）基于林分因子建立的冠层可燃物负荷量非线性模型具有较高的拟合度,其中胸径和第一活枝高与冠层可燃物负荷量呈极显著相关（P < 0.01）,在不破坏林木的情况下,根据林分易测因子可较好地估测油松林冠层可燃物负荷量。（3）在低燃烧条件下,除4月份外油松林发生间歇型树冠火的概率均低于0.5;在中度燃烧条件下,春季（3—5月份）风速较大,均存在发生连续型树冠火的可能;在极端干燥的高燃烧条件下,2—5月连续型树冠火的潜在火行为指标较高,4月份发生的连续型树冠火,表现出最高的潜在火行为指标,蔓延速度为46 m/min,火线强度为8 062 kW/m,火焰高度为15 m。  结论  冠层可燃物是影响林火发生的重要因素,胸径和第一活枝高为冠层可燃物负荷量的主要影响因子。通过破坏性取样直接获得冠层可燃物实测数据,所构建的冠层可燃物负荷量估测模型具有较高精度。风速、冠层容积密度和细小可燃物含水率与树冠火的发生和蔓延关系密切,油松林春季存在的树冠火发生隐患较大,大风和极端干燥气候条件下易发生高强度树冠火,通过营林抚育措施（抚育间伐,修枝）可有效降低可燃物密度,增大活枝高,以降低树冠火发生概率及危害程度。      

思茅松林计划烧除防火隔离带设置宽度模型构建(英文)

依据实地调查和测量,结合室内燃烧床模拟野外计划烧除试验,考虑可燃物载量(x1)、温度(x2)、可燃物含水率(x3)、风速(x4)、坡向(x5)、坡度(x6)、林带高度(x7)、蔓延速度(x8)、火线强度(x9)及计划烧除防火隔离带宽度(y)等因子构建多元线性回归模型。结果表明,预测的多元线性回归模型为 y=-12.371+4.182x1+0.435x2+0.013x3+0.083x4+0.017x5+0.916x6+0.540x7,对计划烧除防火隔离带宽度的影响大小依次为 x6、x7、x1、x4、x3、x2、x5,利用该模型,可以用易于获取的可燃物特征、地形因子、气象因子、林分因子来开设防火隔离带,为合理开展计划烧除和营林用火等提供依据。