昆明地区华山松纯林枯枝的燃烧性研究

【目的】枯枝是在垂直方向上的连续性可燃物,是地表火转化为树冠火的关键,研究华山松纯林枯枝的燃烧性,以评估其可能形成树冠火的危险性。【方法】森林防火期内在云南森林自然中心华山松纯林连续分布区,进行外业调查,采集样品并进行室内燃烧试验,结合野外状态和实验室分析测定,利用含水率、载量、热值、引燃时间、火焰维持时间、无焰燃烧维持时间等指标,研究了华山松纯林枯枝的燃烧性。【结果】在防火期,华山松纯林枯枝的含水率为5.97%～15.66%,载量为0.09～0.57 kg/m~2,热值为17 291～18 812 kJ/kg,引燃时间为3.5～4.1 s,火焰维持时间达到9.2～16.9 min,无焰燃烧维持时间26～36 min。【结论】华山松纯林枯枝的含水率极低,载量不大,灰分含量较高;在防火紧要期,枯枝很易燃,只要有火源就能轻易被引燃,而一旦发生火灾,火焰能顺着枯枝快速蔓延至树冠形成树冠火。     

紫茎泽兰茎叶的燃烧性

为全面了解紫茎泽兰Eupatorium adenophorum的燃烧性,在防火戒严期内,对紫茎泽兰和对比植物的老活叶片、新叶片分别进行了100%氧气氛下的燃烧试验、垂直燃烧试验,计算了各种植物活叶片的燃烧速率、损毁程度;对紫茎泽兰活茎与旱冬瓜Alnus nepalensis活枝进行了点燃试验,测定了点燃时间和温度;对紫茎泽兰干枯茎与华山松Pinus armandii干枯枝进行了50%氧气氛下燃烧和105℃恒温条件下干燥试验,计算了燃烧速率,绘制了样品干燥过程质量变化曲线。分析表明:①紫茎泽兰老活叶片的燃烧性与中华常春藤Hedera nepalensis var.sinensis,常春油麻藤Mucuna sempervirens和大叶女贞Ligustrum lucidum相近,但损毁程度远低于滇青冈Cyclobalanopsis glaucoides和滇润楠Machilus yunnanensis;②在6种植物的垂直燃烧试验中,紫茎泽兰新叶片的燃烧速率最大而损毁程度各项指标均居中;③在质量或尺寸相近的情况下,紫茎泽兰活茎较旱冬瓜活枝难燃;④在直径相近的情况下,紫茎泽兰干枯茎较华山松干枯枝失水快,燃烧速率大于华山松干枯枝。     

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.     

地表火燃烧参数及其火头前影响区的实验研究

通过两次地表火模拟实验，测量了地表火的主要燃烧参数，包括火蔓延速度、火焰高度、火墙厚度以及地表火火头前方的风速和温度，并计算得出对应的火线火强度．通过相关分析和回归分析，得出了以下结论：在火头前方空气中某点温度主要取决火强度和该点与火头的距离；离火头较近时辐射起决定性作用，在离火头距离小于２５ｍ以后，随着火头的接近，火头前方的风速有增大的趋势；对于９００ｋＷ·ｍ－１左右的中能量地表火，火头卷吸作用的范围大于６．５ｍ．定性地说，蔓延速度快，火墙厚度就增大．     

地表火的辐照度

研究地表火蔓延过程中火线提供给地表面的辐照度,探讨风速、坡度对它的影响。通过火焰特征的分析,建立火线火焰区的热辐射模型,推导火线给地表面的辐照度的计算公式;提出用火焰平均高度作为长度单位,定义火环境的空间参数(ξ、η、ζ)和火环境的辐射场空间属性函数f(ξ,η,ζ),推导火焰覆盖区的辐照度的计算公式。结果表明:火线提供给地表面的辐照度和火焰表面温度、火强度、火焰平均高度、考察点的位置等因素有关,它受风速、坡度因素制约。火线逼近可燃物的暂短时间内,太阳给地表面的辐照度可以忽略不计。     

基于火模拟的森林火灾风险定量评估

  目的  森林火灾风险评估是利用定量或定性的方法综合考虑一个区域的火发生可能性及对环境造成的潜在影响，识别区域内的高火灾风险区是开展科学林火管理的基础。本研究基于森林燃烧概率、潜在火行为和暴露性综合评估一个区域的森林火灾风险，为林火管理部门开展林火管理和可燃物处理提供指导。  方法  利用燃烧概率模型（Burn-P3）在景观尺度上模拟亚热带林业实验中心所属林区的燃烧概率、潜在火强度、蔓延速度及火发生类型。根据火对周围城镇和水源的潜在环境和安全问题计算火灾暴露性。综合这些指标利用层次分析方法定量评估森林火灾风险，分析火灾风险的空间特征和不同类型植被的燃烧性差异。  结果  火模拟结果表明:研究区的平均燃烧概率为0.040 1，燃烧概率高和很高的区域分别占研究区的5.3%和2.3%。火烧以地表火和间歇性树冠火为主，平均火强度及蔓延速度分别为2 043.6 kW/m2和2.5 m/min。火行为指数高和很高的区域分别占17.3%和6.2%。针阔混交林的燃烧概率和潜在火行为指数最高，阔叶林的燃烧概率及潜在火行为指数最低，但其暴露性指数最高。火灾风险综合评估结果表明，风险高和很高的区域分别占19.7%和6.5%，针阔混交林的火灾风险指数高于其他植被类型。  结论  研究区内大部分区域的燃烧概率较低，但潜在火行为指数较高。城镇和水源附近森林的火灾风险等级高，是林火管理的重点区域。部分针叶林和针阔混交林存在发生稳进树冠火的可能，可以通过可燃物处理措施来减少可燃物梯及地表易燃可燃物，降低火灾风险。      

森林燃烧环网的研究

本文在森林燃烧环研究的基础上,将林火行为的两大主要特征(着火蔓延和燃烧强度)分为不同的等级,即着火蔓延序列分为A:难燃、蔓延缓慢;B:可燃、蔓延中等;C:易燃、蔓延快三级,把燃烧强度序列分为Ⅰ:轻度燃烧;Ⅱ:中度燃烧;Ⅲ高度燃烧;Ⅳ:强度燃烧四级,然后以着火蔓延序列为纵向,以燃烧强度序列为横向,构成森林燃烧环网,以此来研究各燃烧环之间的相互关系,分布规律及变型,影响森林燃烧的主要因子是可燃物类型、地形、立地条件、可燃物数量和火灾种类,研究它们在环网上的分布和作用,可为林火管理和估测各燃烧环的火行为特征提供依据。     

鲁中山区主要森林类型易燃可燃物垂直分布及其燃烧性

为研究鲁中山区主要森林类型内易燃可燃物负荷量及其空间分布对林火种类和林火行为等的影响,以鲁中山区香山地区4种森林类型为研究对象,划分了林内易燃可燃物垂直分布层次,比较了4种森林类型同一垂直层次和不同垂直层次的易燃可燃物负荷量及分布,分析不同森林类型的林火种类、林火行为和森林火险,并根据林分总负荷量评估森林燃烧性。结果表明:油松林燃烧性最高,易引发森林火灾,形成高强度地表火和树冠火,并易发生地下火;刺槐林燃烧性最低,不易引发大的森林火灾,但可发生中强度地表火;麻栎林易发生高强度地表火,并且可发生中强度树冠火;侧柏林由于人为抚育严重,不易发生地表火,但易引发高强度、高蔓延速度的树冠火。4种林分的燃烧性大小顺序依次为:油松林麻栎林侧柏林刺槐林。     

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。      

柞木燃烧蔓延规律及释烟特性研究

[目的]灌木林内植被生长连续、多藤蔓附生,在垂直、水平方向分布紧密,可燃物负荷量大,燃烧蔓延速率快、火强度高.柞木是云南省典型灌木林植物代表,开展燃烧蔓延及释烟特征研究可为灌木林火防治提供科学依据,减少灌木林火发生频率,保护森林资源.[方法]以云南省局部山地地形、柞木植被数据为基础,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)建立微观山体柞木林模型,设置5种坡度(0°、15°、25°、35°、45°)、2个火源位置(火源1、2分别位于坡度15°、0°),分别模拟4种风速(0 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s、3.5 m/s)条件下柞木林火燃烧,研究柞木林火燃烧蔓延规律、温度变化趋势、CO浓度、CO2浓度、烟气流速、烟气热辐射.[结果]微观柞木林模型燃烧约100 s趋于稳定,风速≤2.5 m/s的初始燃烧阶段,坡度15°与25°、35°与45°区域燃烧温度几乎同时达到反应温度300℃,柞木林火在以上连续坡度范围内蔓延速度更快;火源1为起火点时,25 s内,3.5 m/s风速时坡度15°区域为主要蔓延位置;平地内燃烧温度可达2000℃、烟气热辐射量为1500～1700 kW/m2、烟气流速约15 m/s,均高于其它坡度;下山火受逆风影响蔓延较为困难,风速3.5 m/s时下山火发生概率较小;在柞木林火模拟过程中,烟气流速与坡度呈负相关,坡度增加风速降低,烟气流速越小;烟气热辐射的初始上升速率较为缓慢,150 s左右数值变化趋于稳定.[结论]FDS软件模拟微观柞木林模型燃烧与实际火灾发生蔓延状况大致相同,可作为森林火灾燃烧蔓延规律及烟气释放特征研究的有力工具.模拟结果可为柞木林火预防、扑救提供科学指导,有效提高森林防火的工作效率.     

计划烧除对云南松林地表可燃物火行为的影响

  目的  明确周期性（烧除周期为1年）计划烧除条件下云南松纯林地表可燃物状态,以及这类可燃物相应的火行为特征,探究计划烧除对云南松地表可燃物火行为的影响,为合理评估计划烧除的生态意义以及林火管理与扑救提供科学依据。  方法  运用野外调查采样与实验室模拟燃烧法,并结合SPSS 23.0软件,对数据进行处理与分析,探究云南省新平县照壁山云南松纯林样地内,计划烧除林分下的可燃物种类、载量、含水率等特征对室内模拟火场温度、火焰高度、热辐射、蔓延速率、烧除率、火强度等火行为的影响。  结果  （1）云南松纯林地表可燃物主要是凋落的松针,外加少量枯落的松枝和球果以及枯死的蕨类,种类较单一且林下可燃物大多为细小可燃物。（2）2018—2020年间,云南松纯林林下地表枯死可燃物含水率的平均值分别为9.39%、8.04%、9.89%,平均载量分别为（0.937 ± 0.303） kg/m2、（0.926 ± 0.253） kg/m2、（0.669 ± 0.248） kg/m2。（3）实验室内模拟火行为包括:火强度为（245.95 ± 130.51） kW/m,火焰高度（0.92 ± 0.22） m,火场温度达（437.5 ± 171.6） ℃,热辐射（6.3 ± 0.9） kW/m2,蔓延速率为（1.1 ± 0.3） m/min,可燃物点着时间为1 s,烧除率为62%左右。（4）自然状态下的云南松的死亡率约为1.33%,在2018、2020年外业调查时,计划烧除下的云南松死亡率分别为0.93%、1.27%,云南松具有一定的抗火性和耐火性。  结论  （1）周期性计划烧除下的云南松纯林:林分郁闭度较大,林下易燃植被较少,以松针凋落物和草类为主。(2)计划烧除可有效减少地表可燃物负荷量,地表可燃物的平均载量不到1 kg/m2。防火期内,云南松林地表枯死可燃物的含水率低于10%,极易被引燃,但火焰高度在0.5 ~ 1.5 m范围内,火强度不高于750 kW/m,属于低强度地表火;火场温度高,热辐射强,火蔓延速度一般,火场可人工控制;实验室模拟烧除率高,燃烧效果好。（3）在易火生境以及对火有一定适应性的林分中,开展周期性计划烧除必要且可行。      

基于模拟点烧不同加热时间和腐殖质粒径对森林地下火垂直燃烧的影响

  目的  森林地下火是一种缓慢、无焰、持续时间长的阴燃，对森林危害极大。大兴安岭地区是我国森林地下火频发区域，研究不同加热时间和腐殖质粒径对地下火垂直燃烧的影响，旨在为该地区森林地下火的预防、监测、扑救提供参考。  方法  以大兴安岭地区典型林型兴安落叶松林为研究对象，根据室内控制模拟点烧实验数据，使用SPSS进行双因素方差分析，Origin软件绘图，研究3种加热时间和5种腐殖质粒径对地下火垂直燃烧过程中蔓延速度和不同深度最高温度的影响。  结果  森林地下火垂直燃烧过程中，深度3 cm处燃烧最高温度只受加热时间的影响且差异显著（P < 0.05），而腐殖质粒径对其的影响则差异不显著（P > 0.05）；深度6 cm处的燃烧最高温度分别受加热时间（P < 0.05）和腐殖质粒径（P < 0.05）的影响；当深度大于6 cm后燃烧的最高温度则只受腐殖质粒径的影响并且差异显著（P < 0.05）。森林地下火垂直燃烧过程中的蔓延速度则只受腐殖质粒径的影响，不同腐殖质粒径之间的蔓延速度存在显著差异（P < 0.05）。  结论  森林地下火垂直燃烧3和6 cm处的最高温度随着加热时间的增加而升高，加热2 h时的燃烧温度最高；垂直燃烧深度9～21 cm时，腐殖质粒径40目的燃烧温度最高；不同腐殖质粒径对森林地下火垂直燃烧蔓延速度的影响中，腐殖质粒径20目的蔓延速度是最快的；腐殖质粒径60目时，是地下火燃烧过程中的临界，燃烧的最高温度和蔓延速度都较低。      

阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征

为了弄清楚阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征,将阻燃处理木材在模拟的典型火灾中燃烧后,取距燃烧表面不同位置的试样,采用热失重法研究了阻燃处理木材燃烧残余物的热分解过程,结果表明:①阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解开始温度没有明显的差别,未处理木材燃烧残余物的热分解开始温度比未燃烧木材高;②阻燃处理木材中阻燃剂的热分解峰值温度为200℃,随着燃烧过程的进行,归属于阻燃剂的峰消失;③阻燃处理木材燃烧残余物热分解温度曲线中,在230℃附近归属于半纤维素的峰消失,在210～240℃出现了一个缓慢的肩;④阻燃处理木材及其燃烧残余物的质量损失速度曲线主峰温度比未处理木材及其燃烧残余物降低100℃,质量损失速度大幅度减少;⑤阻燃处理木材在600℃时的热分解残存质量比未处理木材显著增大,随着燃烧时受热温度的增高,燃烧残余物热分解的残余质量显著增大;⑥阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解温度区间,与未处理木材及其燃烧残余物存在显著差异.      

妙峰山林场主要针叶林冠层特征及潜在火行为

目的树冠火是一类对森林生态系统特别是针叶林造成严重损害的森林火灾。了解针叶林冠层特征, 探究树冠火发生、蔓延机制, 估测潜在冠层火行为是预防和扑救树冠火的关键。方法本研究以妙峰山地区主要的针叶林, 油松林和侧柏林作为研究对象, 调查灌木、草本和地表枯落物负荷量, 采用分段标准枝法对冠层可燃物负荷量进行了分层调查与测算, 研究冠层特征(冠层密度、冠层可燃物负荷量)的垂直分布规律; 并利用树冠火发生和蔓延模型以及火焰高度和强度模型, 按照树冠火类型划分标准, 研究针叶林树冠火发生的概率、类型和潜在火行为。结果油松林平均冠层密度为0.192kg/m3, 侧柏林为0.127kg/m3, 油松林冠层平均有效可燃物载量为1.21kg/m2, 侧柏林为0.619kg/m2; 油松林和侧柏林的下层(0~3m)垂直分布差异性较大, 油松林下层可燃物负荷量占整体负荷量10.5%, 而侧柏林则高达21.1%;在中等和高的燃烧情况下, 2种林分均表现出较高的潜在火行为指标, 油松林最高蔓延速度、火线强度和火焰高度分别为:91m/min、45281kW/m、23m, 侧柏林为85m/min、19911kW/m、16m。结论冠层密度和冠层可燃物负荷量随树高变化趋势相似; 林分树冠火发生概率和类型与林分冠层可燃物和冠层密度的垂直分布关系密切; 2种林分的连续型树冠火的潜在火行为估算指标具有蔓延速度快, 火焰强度大, 火焰高度高的特点, 一旦发生树冠火, 人为处置困难。      

木本植物燃烧过程的热能平衡分析

在森林可燃物预引燃气需最小能量的基础上,经进一步对燃烧过程进行了分析,提出了木本植物燃烧的热能平衡方程。并对１４种木本植物试样在同一标准下进行了测定和分析。结果表明,燃烧过程的热能平衡方程可应用于植物燃烧性评判;各森林类型的火级评定以总体平均含水率,细小可燃物总载量为优先指标。     

预防华山松树冠火的最低修枝高度探讨

为确定可以阻止华山松林地表火向树冠火转化的最低修枝高度,测定了华山松针叶的着火点,在自行设计的燃烧床上对不同载量的华山松林细小可燃物进行了5次燃烧试验.通过分析可燃物地表火过程中垂直方向上的温度变化,将燃烧区域垂直方向上最高温度等于着火点处的高度确定为华山松的最低安全修枝高度.经推算,可燃物载量为1.77 kg/m2、2.37 kg/m2、2.96 kg/m2、3.55 kg/m2、3.84 kg/m2时,华山松人工林的最低安全修枝高度分别为0.82 m、0.92 m、1.13 m、1.20 m、1.22 m.讨论了风、可燃物层的密实度、立地条件对最低安全修枝高度的影响,并分析了不同气象和立地条件下最低修枝高度计算方法.     

森林可燃物燃烧性研究的概述

从森林燃烧特点出发，论述了近年研究森林可燃烧烧性的几个问题。文章简要介绍有焰燃烧热的气化热的研究近况及其测定方法；森林燃烧中熏烧的特点及产生的原因；以及热分析法（ＴＧ、ＤＴＧ）测得燃烧分布曲线，用于评价森林可燃物相对燃烧性的研究。     

基于GIS的紫茎泽兰空间扩散的风险分析

[目的]分析紫茎泽兰空间扩散的风险。[方法]分析了影响紫茎泽兰传播及定植的生态条件,选择海拔、降雨、人为影响、10.8℃积温、林龄、郁闭度等为影响因子,构建了紫茎泽兰扩散传播、定植危害的空间评估模型。以昆明市为例,通过各生态因子的空间信息化处理、分析紫茎泽兰样点与各生态因子空间相关性,定量评估了其空间定植扩散的风险,并按定植扩散的潜在危害,将风险划分为:高风险区、中度风险区、轻度风险区及轻度以下风险区,制作了紫茎泽兰定植扩散风险等级地图。[结果]紫茎泽兰的湿度与降雨、平均温与积温具有共性因子,所以剔除湿度和平均温。风险适生区域在空间上具有极大的分异性,其中高风险区面积占比为24.26%,主要位于宜良、寻甸,中度风险区面积占比为28.39%,低风险区面积占比为47.35%。[结论]研究结果表明人为活动、交通网络是影响紫茎泽兰扩散传播的主导因素,气象因子是影响紫茎泽兰定植的关键。借助GIS及空间建模和模拟方法,能以精细化栅格单元进行空间连续化风险分析和预测,实现了有害生物发生发展的精细化预警,对综合防治管理及实践具有重要参考及指导意义。