大兴安岭地表细小死可燃物含水率预测模型

以大兴安岭地区南瓮河保护区落叶松林(Larix gmelinii)、蒙古栎林(Quercus mongolica Fischer)、落叶松-白桦混交林(Mixture of Larix gmelinii and Betula platyphylla)(阴坡、阳坡)、沟塘草甸等4种典型林分为研究对象,运用气象要素回归法,对春季防火期和秋季防火期内的地表细小死可燃物含水率动态进行测定,构建了不同防火期、不同林型地表死可燃物含水率的预测模型,分析了相应模型的预测误差。结果表明:同林型地表可燃物含水率在春季防火期和秋季防火期差异显著;在秋季防火期,5个典型林型的地表死可燃物含水率预测平均绝对误差为0.167,平均相对误差为0.218,低于春季防火期模型和春季-秋季混合模型;秋季防火期模型对可燃物含水率预测效果最好。气象要素回归法适用于南瓮河保护区典型林型地表死可燃物含水率预测。     

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。     

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。      

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。     

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。      

大兴安岭沟塘草甸地表可燃物载量快速测定方法

以黑龙江省大兴安岭地区沟塘草甸为研究对象,利用2016—2017年防火期野外调查数据,将可燃物载量作为独立因子,与林分相关性显著的因子进行回归分析,构建地表可燃物载量估测模型,估测地表可燃物载量分布。结果表明:(1)从2016年秋季防火期到次年春季防火期,地表可燃物的平均高度、平均含水率、平均鲜质量和平均干质量都呈下降趋势。(2)春季防火期和秋季防火期,地表可燃物的干质量和鲜质量均与可燃物高度呈正相关,可燃物含水率随高度的增加呈下降趋势。(3)春季防火期可燃物载量估测模型拟合平均精度为56.25%,相关系数0.764 0;秋季防火期模型拟合平均精度为77.41%,相关系数0.849 8,经过检验,模型的自变量与因变量具有显著差异。以地表可燃物高度为变量,构建地表可燃物载量一元线性回归模型,可为可燃物载量快速测定。     

春季降雨对鲁东低山丘陵区主要森林类型地表可燃物含水率的影响

以山东省莱芜市香山地区2种主要森林类型地表死可燃物为研究对象,从2015年3月中旬开始分别观测不同地表死可燃物的含水率,分析3次降雨对不同地表死可燃物含水率的影响;根据野外观测的气象数据,分析可燃物含水率与部分气象因子的相关性;并且测定不同林分枯落叶的熄灭含水率,结合熄灭含水率分析雨后不同林分的火险情况。结果表明:1）不同可燃物类型含水率受降雨影响程度具有差异性,麻栎林内,降雨前后可燃物含水率变异率表现为枯落叶>10 h枯枝>1 h枯枝;油松林内表现为10 h枯枝>1 h枯枝>枯落叶。并且3次不同的降雨对可燃物含水率影响具有差异性,第1次降雨对可燃物含水率影响较小,第2次降雨较大,第3次降雨中等。不同可燃物类型含水率雨后衰减率具有差异性,麻栎林内,可燃物含水率3次降雨后衰减率绝对值均表现为枯落叶>10 h枯枝>1 h枯枝;油松林内表现为10 h枯枝>1 h枯枝>枯落叶。2）所调查6种可燃物类型含水率与空气相对湿度均呈极显著正相关,与林内空气温度呈负相关,但未达到显著水平,与林内平均风速呈极显著负相关。3）麻栎、油松枯落叶熄灭含水率分别为16.62%、23.23%,降雨导致栎林、油松林地表枯落叶含水率增大,枯落叶含水率在雨后一定时间内,高于熄灭含水率,此时,林内无火灾危险;但随着降雨结束,雨后天数的增加,林内枯落叶含水率降低,当低于熄灭含水率时,林内开始有火灾危险。     

平地无风条件下红松针叶床层林火蔓延的影响因子分析及模拟

以红松(Pinus koraiensis)人工林的针叶为材料,在实验室内,根据黑龙江省帽儿山地区同类可燃物的野外条件,构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,共进行了100次的平地无风条件下的点烧试验,结果表明,平地无风条件下红松针叶床层的林火蔓延速率不超过0.4 m.min-1。红松针叶含水率、床层高度和压缩比对林火蔓延速率具有显著的影响。其中,含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层的高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度和压缩比对林火蔓延的影响可能受可燃物床层特征的影响,需进一步研究确定。床层载量对红松针叶床层的林火蔓延速率影响不大。以可燃物含水率和床层高度为预测因子的林火蔓延速率线性预测模型,能够解释85%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.03 m.min-1,平均相对误差不超过13%。     

内蒙古东北部森林可燃物条件分析

林火的最终影响将体现在地被物的干燥度上,地表可燃物含水率是林火行为的重要参数,同时它与前期的气象条件紧密相关。该文根据2004-2010年间内蒙古东北部各生态气象站点的可燃物监测数据,分析各站点的可燃物特征与气象因子之间的关系。结果表明:根河市落叶松林枯枝落叶层分布均匀、盖度最大,林内灌木层高度和盖度较高,易发生冲冠火;鄂伦春的柞木和桦树林的枯枝落叶层厚度最低、含水量最高。气象分析结果表明可燃物含水率低于50%,同时空气湿度较低的5-6月份是防火重点时期;可燃物含水量与阶段合计降水量有较好的拟合性,阿尔山、鄂伦春、根河市回归方程都通过显著性检验,可用于该地区的火险等级预测评估。     

自建模型间外推对森林可燃物含水率预测精度的影响

通过对2010年春、秋季大兴安岭地区盘古林场樟子松林、兴安落叶松林、白桦林林下细小可燃物含水率的连续观测并构建外推模型。结果表明:春季模型的外推效果好于秋季,模型的平均绝对误差降低了6.6%,平均相对误差降低了62.46%,白桦林的外推精度最高,破坏性取样的外推效果最好(平均相对误差349.83%);秋季樟子松林的外推精度最高,非破坏林荫下的外推精度最好(平均绝对误差较非破坏林空和破坏分别降低了13.7%和47.44%,平均相对误差分别降低了34.86%和83.30%)。模型外推虽不能减少误差,但有助于提高利用少量或仅有的几套含水率模型进行更大地区模型预测精度的工作加强关于模型参数和方程类型等的研究,以提高外推预测可燃物含水率的准确性。     

老爷岭典型林分内地表不同层可燃物含水率动态变化及湿度码预测模型适用性

森林地表不同层可燃物含水率对林火的垂直蔓延和地下火的发生具有重要影响。加拿大火险等级系统是目前使用最广泛的火险等级系统,其中3个湿度码模块分别代表不同层可燃物湿度。研究地表不同层可燃物含水率动态变化,使用湿度码预测不同层可燃物含水率,并对其适用性进行分析,对可燃物含水率预测及火险预报研究有重要意义。以黑龙江省老爷岭生态定位站的蒙古栎-红松针阔混交林和白桦林内凋落物、半腐殖质、腐殖质为研究对象,在春季防火期以日为步长,连续监测3层可燃物含水率动态变化,计算得到3个湿度码:细小可燃物湿度码(FFMC)、腐殖质湿度码(DMC)、干旱码(DC),并进行可燃物含水率预测适用性分析。结果表明:蒙古栎-红松针阔混交林、白桦林内凋落物含水率动态变化与FFMC、DMC呈显著相关;半腐殖质与3个湿度码都呈显著相关;腐殖质仅与DC呈极显著相关。使用湿度码进行凋落物含水率预测时,使用非降雨数据预测效果优于使用全部数据,使用降雨数据预测效果最差;对于半腐殖质,使用湿度码进行预测时,是否区分降雨对预测精度没有显著影响;对于腐殖质,使用降雨数据无法建立与湿度码之间的线性关系。湿度码法预测可燃物含水率精度略低于气象要素回归法,但在含水率较低时,湿度码预测效果更符合实际火险需要。以后研究中,应从湿度码尺度模型、机理对湿度码进行修正。提高地表不同层含水率预测精度,对可燃物含水率研究和火险预报具有重要意义。     

基于混合效应模型的大兴安岭地被可燃物含水率模型

基于黑龙江省大兴安岭林区南瓮河生态站的落叶松(Larix gmelinii)林、蒙古栎(Quercus mongolica)林、落叶松白桦(Betula platyphylla)混交林3种典型林分的288组可燃物含水率数据,选择基于平衡含水率的可燃物含水率实时变化模型为基础模型,采用非线性混合效应(NLME)模型方法,以林分因子作为随机效应,建立具有混合效应的可燃物含水率的实时变化预测模型,并通过给残差方差增加权重的方法解决异方差性问题。结果表明:考虑随机效应和异方差结构的可燃物含水率实时变化NLME预测模型的拟合效果(M_(AE)=0.716 7,M_(RE)=0.026 6)优于不含随机效应的可燃物含水率实时变化预测模型(M_(AE)=0.815 6,M_(RE)=0.031 2);其中以常数加幂函数作为异方差结构的模型精度最高(AIC=547.72,BIC=581.29,-2LL=527.72)且明显优于未给残差方差增加权重的可燃物含水率实时变化NLME预测模型(AIC=961.65,BIC=988.50,-2LL=945.65)。利用独立样本数据对模型进行检验,检验结果表明,对于可燃物含水率实时变化的预测,考虑随机效应和异方差结构的NLME模型的检验精度(M_(AE)=0.495 8,M_(RE)=0.034 2)比利用最小二乘法拟合的多元非线性回归模型(M_(AE)=0.588 5,M_(RE)=0.588 5)有所提高,说明基于混合效应模型的可燃物含水率实时变化模型可以很好地描述区域尺度上不同林分类型的可燃物含水率实时变化规律。     

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     

兴安落叶松人工林浅层地下火燃烧特征及发生概率研究

[目的]大兴安岭地区是我国地下火发生的主要区域之一.受气候和地形条件的影响,大兴安岭地区主要以浅层地下火为主.浅层地下火蔓延速度较快,而且可燃物较薄,很容易复燃引起地表火甚至是树冠火.本研究以大兴安岭地区5种地类条件(有坡山地、农用地、无坡山地、水湿地、塔头湿地)下兴安落叶松人工林为研究对象,对该地区浅层地下火的燃烧特...