基于Rothermel的南亚热带马尾松人工林潜在火行为研究

马尾松Pinus massoniana是我国南方大面积的主要造林树种,耐贫瘠,生长迅速,但抗火能力弱,发生火灾后极易造成重大损失。本研究基于广义Rothermel模型,对不同林龄马尾松人工林在不同风速下点燃概率和火类型进行了评估,模拟了火线强度,地表火、树冠火蔓延速度、火焰高度,树冠火的发生率和转化率等参数;并与室内点烧试验观测结果进行了比较。结果表明:广义Rothermel模型对于林火蔓延速度的拟合对最好,对于火线强度的模拟值偏高,而对于火焰高度的模拟值随林龄增大逐渐降低;20 a马尾松林地表火的蔓延速度和火线强度均最高,且发生树冠火的概率也最大;10 a和20 a马尾松林树冠火转化率较高,50 a马尾松林的各项火行为参数均较低。可燃物床含水量对于地表火行为影响较大,而冠基高和林下灌木生长情况对于树冠火的发生起决定性作用,尤其在干旱季节,需要周期性地清除林下灌木和地表可燃物,减少可燃物床载量,另外,在对不同林龄马尾松人工林进行林火管理时,可针对不同林分的火行为参数有区别地采取不同的经营措施。     

关于森林燃烧火行为特征参数的计算与表述

森林的燃烧过程极为复杂 ,火行为是森林可燃物燃烧的一系列现象的总和。国内外林火研究人员多年来致力于火行为特征的研究描述 ,在火场范围 (周长或面积 )、火焰特征、火强度、火头的蔓延速度等方面取得了一些显著的进展 ,其中火强度、火焰高度和火蔓延速度是林火行为的 3大指标。火行为直接受火环境的影响。     

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。     

云南松林内可燃物与计划烧除火行为的相关分析

为了研究森林可燃物对林火的发生及发生后林火行为的影响程度,采用小样地调查方法对四川省西康磨盘林区的云南松(Pinus yunnanensisFranch)林内的可燃物及火行为进行调查,对标准地中的火蔓延速度、火强度、火焰高度进行相关性分析;对不同火强度下烧失率进行统计。试验结果表明:定期进行计划火烧,能减少可燃物积累,降低森林可燃性,具有良好的防火功能;在进行有计划的烧除林内枯枝落叶时,必须有效地控制火强度。     

北京西山可燃物特点及潜在火行为

以北京西山魏家村林场为研究区域,通过样地调查和森林清查数据将可燃物划分为针叶林、阔叶林、混交林和疏林地。根据样地调查和树木生物量模型计算不同类型和不同层次的可燃物载量、厚度和高度。根据2000—2006年当地气象数据,确定历史平均最大风速的平均值和主风向,在此背景下对风场进行模拟,进而对地表火和树冠火进行模拟计算,计算出不同类型火发生时火蔓延速度、火强度和火焰高度的分布图。地表火的蔓延速度为0.01～0.22m.s-1,树冠火的蔓延速度为0.12～2.25m.s-1;地表火的火线强度为144～6595kW.m-1,树冠火的火线强度为3214～189002kW.m-1;地表火的火焰高度为0.37～2.50m,树冠火的火焰高度为1.75～13.4m。通过对可燃物和火行为指标的计算,可以为防火林带规划和防火林管理提供依据,也可为可燃物管理、扑火安全防范等提供借鉴。     

森林火灾蔓延强度与能量释放表述

森林可燃物燃烧时整个火场热量释放速度称为林火强度(简称火强度)。火强度包括火线强度和发热强度,前者应用较为广泛,是林火行为的重要参数之一。在实际森林火灾中,火强度变化幅度相差极大,火蔓延速度是林火行为的一个重要指标。火持续时间是指山火在某一地点的驻留时间。在同等火强度条件下,火持续时间越长,火作用力越大。通过了解这些因素对火灾的影响以及控制措施,可以为扑救森林火灾做好必要准备。     

持续干旱对森林火灾的影响研究综述

文章通过对干旱定义和对干旱等级的划分,从持续干旱对森林可燃物、火源和林火行为等方面,综合分析了持续干旱对森林火灾的影响。结果表明,持续干旱会降低可燃物的含水率,使可燃物载量和分布发生变化,对森林可燃物有较大影响;持续干旱还会影响火源,使林火强度增大,林火蔓延速度加快,火烈度增大,提高森林火灾发生的几率和森林火灾的强度。     

持续干旱对森林火灾的影响研究综述

文章通过对干旱定义和对干旱等级的划分,从持续干旱对森林可燃物、火源和林火行为等方面,综合分析了持续干旱对森林火灾的影响。结果表明,持续干旱会降低可燃物的含水率,使可燃物载量和分布发生变化,对森林可燃物有较大影响;持续干旱还会影响火源,使林火强度增大,林火蔓延速度加快,火烈度增大,提高森林火灾发生的几率和森林火灾的强度。     

可燃物处理对大兴安岭地区主要林型火行为的影响

【目的】模拟研究不同强度的可燃物处理对大兴安岭地区典型森林的火行为影响,为开展可燃物管理提供科学依据。【方法】在2019年火险期,分别对大兴安岭地区兴安落叶松林、白桦林、兴安落叶松白桦混交林等天然林和兴安落叶松与樟子松人工林进行可燃物调查和清理。每种林型分别设置3块样地(20 m×20 m),每块样地再分别设置4块小样地(10 m×10 m)。对每块样地进行林分结构调查,然后对4块小样地分别进行可燃物处理,包括割除枯死灌木和草本、清理枯枝和地表凋落物等。按可燃物处理程度分为未处理、低、中和高强度处理4个等级。低强度处理后林内无易燃及枯死灌草、地表无大型可燃物(10 h),可燃物梯最小高度为3 m,中强度处理后倒木、灌木及小乔木全部清除,高强度处理后地表存留可燃物不会支持火的持续燃烧和蔓延。调查可燃物处理后的可燃物空间分布。利用可燃物特征分类系统(FCCS)分别模拟各林分在火险期内一般天气情景和干旱情景下的火行为。一般天气情景下,模型输出的指数包括地表火蔓延速度、火焰高度和火强度指标;干旱情景下,模型输出指数为潜在地表火(火强度、火焰高度和蔓延速度)及潜在树冠火行为(树冠火发生指数、蔓延指数和蔓延速度指数)。【结果】模拟结果显示,低强度可燃物处理后,兴安落叶松天然林和人工林地表火蔓延速度分别降低51.6%和42.8%,火焰高度分别降低33.6%和39.4%,平均火强度分别降低22.8%和34%;而兴安落叶松白桦天然混交林、白桦林和樟子松人工林的火行为变化不明显。中强度可燃物处理后,兴安落叶松白桦混交林、白桦林、兴安落叶松天然林、兴安落叶松人工林和樟子松人工林的地表火蔓延速度分别降低29.4%、37.1%、79.1%、83.3%和19.7%,火焰高度分别降低33.3%、29.8%、67.2%、69.7%和38.1%。高强度可燃物处理后,兴安落叶松天然林、兴安落叶松人工林、兴安落叶松白桦天然混交林、白桦林和樟子松人工林平均蔓延速度分别降低95.3%、97.6%、85.7%、88.9%和77.6%,平均火焰高度分别降低93.1%、93.9%、92.6%、87.6%和87.3%。干旱情景下,5种林型地表火行为指标随着可燃物处理强度的增大而明显降低(P0.01),白桦林无树冠火发生,其他4种林型树冠火发生可能性及蔓延速度随可燃物处理强度的增大而明显降低(P0.01)。【结论】在一般天气情景和干旱情景下,中强度可燃物处理后,兴安落叶松白桦混交林、白桦林、兴安落叶松天然林和樟子松人工林的地表火蔓延速度均低于1 m·min~(-1),火焰高度低于1 m,兴安落叶松人工林的地表火蔓延速度和火焰高度分别低于人工0.1 m·min~(-1)和0.1m;各林型地表火焰高度低,蔓延速度慢,易于直接扑灭;兴安落叶松白桦混交林和樟子松人工的树冠火发生降幅超过20%,兴安落叶松天然林和人工林地表火蔓延速度减少40%以上,树冠火发生可能降低30%。而高强度可燃物处理后,会影响森林结构及其功能,因此,针对当前主要林型进行中强度的可燃物清理,清理地表未分解的枯落物和易燃灌木草本以及树冠下空间易燃可燃物,就可以有效降低地表火蔓延速度和避免树冠火发生。     

昆明地区冲天柏林地表可燃物特征及火行为研究

通过外业调查取样、实验室燃烧测试,观察和测定火行为,研究滇中地区冲天柏人工林的可燃物特征及相应的火行为。结果表明,防火期内冲天柏林的地表可燃物种类单调、结构简单,灌草高度差别不大,形成梯状可燃物有利于火灾的蔓延,地表可燃物绝对含水率为35.07%,易被引燃,载量较大,平均为2.0 kg/m~2。无论上坡火,还是下坡火,可燃物引燃时间都很短,仅为1~5s,但上坡火阴燃时间明显高于下坡火,热辐射强度差距不大;下坡火的最大平均火焰高度、平均火焰温度明显高于上坡火;上坡火蔓延比较均匀,下坡火蔓延差异较明显;潜在的火强度都低于750 kW/m,为低强度火,总体上火行为符合小坡度的燃烧特征:相对稳定,平缓,火蔓延速度慢,火焰高度较小。     

计算地表火强度的方法

在研究自然条件下植物的燃烧、林火的扑灭和营林用火等项工作中经常需要估算和预测火线的燃烧强度。众所周知,地表火燃烧强度的估算是按火焰高度和蔓延速度。最近又引用了《火线强度》的概念,它是用在某地点上在单位时间内单位火线长度上产生的热量来估算。也有人认为:在单位面积上单位时间内发出的热量来决定燃烧强度。还有“热辐射强度”或“发热强度”的说法。火线强度和发热强度的计     

应用线性方程确定林火强度

森林火灾作为燃烧系统,和森林可燃物的数量,含水量以及分布状态有关,也和当时的蔓延速度和可燃物的燃烧速率有关。按照不同的要素,包括初始燃烧速率,蔓延速度和地表杂草枯枝落叶层单位面积上的负荷量,以确定林火强度。火爬坡时,蔓延速度增加,火强度相应地增加;相反,下坡火的蔓延速度减缓,火强度也相应地变小。根据计算结果,林火强度不超过1×10~3千瓦/米~2是低强度,这时1立方米内的可燃物被烧掉的数量不超过3公斤,地表杂草枯枝落叶层的可燃物数量(W_0)不超过2.5公斤。即便地表可燃物保持在2.5公斤以下,蔓延速度大于3米/分时,火强度均将超过1×10~3千瓦/米~2。地被物数量大,火蔓延速度也大的林型中将产生最大的火强度,这和过去的经验是完全符合的。     

森林可燃物管理研究进展

立地条件、天气和可燃物决定了森林火灾的强度与烈度, 三大因素中, 只有对可燃物能进行有效的经营管理。研究表明:1)过去60~100年, 由于森林结构和组成的改变, 可燃物载量增加, 易发生高强度的森林火灾。2)林火模型、实践经验以及现场观察表明, 在特定的天气条件下, 林火行为受可燃物结构与组成的影响很大。3)减少重特大森林火灾的发生就必须降低地表可燃物的数量、密度、连续性, 移除过度可燃物, 或改造植被, 降低森林植被的燃烧性等。4)可燃物处理有效期评估涉及林火蔓延、林火强度、烈度、火场规模和扑火能力的研究, 景观尺度手段优于林分尺度。     

计划火烧对区域森林燃烧性的影响

[目的]利用燃烧概率模型模拟计划火烧前后两种情景下的森林燃烧概率,在景观尺度上定量评估计划火烧在林火预防中的作用。[方法]利用SPOT6卫星数据提取大兴安岭部分区域在2016年火险期前进行计划火烧处理的可燃物状况,基于研究区附近地面气象观测数据利用R软件计算2016年火险期每日的火险指数,通过BURN-P3模型分别模拟计划火烧前后的森林燃烧性,评估计划火烧对森林燃烧概率和火行为的影响。[结果]2016年火险期前该区域进行计划火烧的面积为44 931 hm~2,占区域总面积的20.8%。计划火烧后,研究区平均燃烧概率从0.016 4降到0.012 4,落叶针叶林、常绿针叶林、针阔混交林、草地和落叶阔叶林平均燃烧概率分别降低4.2%、3.5%、5.9%、2.3%和0.6%。计划火烧前研究区的平均火烧强度和平均蔓延速度分别为548.9 kW·m~(-2)和2.2 m·min~(-1),通过计划火烧处理,火烧强度和蔓延速度分别降低17.9%和24.3%。落叶针叶林和针阔混交林是发生树冠火的主要类型,火强度高、火蔓延速度快。计划火烧处理后研究区的树冠火比例降低了11.7%。[结论]火险期前的计划火烧减少了区域内草类可燃物的空间分布,降低了草类可燃物载量,也有效降低了区域内的森林燃烧性,平均火强度、蔓延速度和树冠火发生比例均显著降低。计划火烧区附近2 500 m范围内的燃烧概率明显降低。     

森林潜在火行为预测预报

潜在火行为是指林区的某一地段,在一天内如果发生林火可能表现的性状。要测算的指标是:地表可燃物单位面积上的负荷量W_0、燃烧速率V_0、火的初始蔓延速度R、火强度I、火焰长度cm,有效可燃物重量W及火烈度S。单点火险预报站每天将上述指标预测出来,通知防火指挥部,防火指挥部根据预报采取有效措施。如控制火源、重点巡逻、增加瞭望时间,安排计划火烧、火烧防火线、     

森林防火隔离带技术的变革与优势

以消减可燃物的方式预防和阻隔森林火灾是林火管理工作的核心。传统阻隔技术向遮荫型防隔火技术的演变已成为近10余年西方多林国家林火管理工作的重要走向。从林火的特点和蔓延基本规律出发, 遮荫型防火隔离带技术通过局部消减可燃物载量和规则化可燃物分布, 显著降低其可能形成的林火强度, 使大多数火灾自行熄灭。该项技术的实施不受区域和气候条件限制; 与传统全光式防火隔离带和生物防火林带相比, 不但工作量较小, 对林分植被和生态环境的干扰也较小。该项技术实现了偶发性林火的防控、森林健康及生态维护的有机结合, 以此替代传统防火隔离带技术效益显著。针对遮荫型防隔火技术的进一步研究工作应包括不同稀化程度林带潜在火行为和其防隔火效能的量化评估、林地局部可燃物稀化的高效作业机具以及伴随该项技术实施产生的大量生物质副产品的有效利用问题。     

林火动态变化对我国东北地区森林生态系统的影响

我国积极的森林防火政策导致了我国东北林区的森林火周期延长,并影响到森林结构和可燃物组成的变化。火周期的延长会引起森林可燃物载量增加,并导致火频度、火灾类型和火强度发生改变。森林火周期延长还会引起大兴安岭地区云杉林的分布范围增大。植被的变化又对林火动态有反作用。为适应林火动态和可燃物的变化,我国东北林区森林防火政策需要作相应调整,采用林火管理思想开展森林防火工作。     

加拿大林火对我国森林消防的启示

<正>1气候决定林火发生1.1气象要素影响林火行为与林火相关的气象要素很多,包括气温、降水、风向风速和空气相对湿度,以及它们的各种组合等。气象因子不仅影响可燃物的干湿程度,而且影响林火的发生、蔓延和行为。气温越高,降水越少,相对湿度较低,连旱日数越长,林中枯枝落叶和细小可燃物就会越干燥,火险程度越高。在森林可燃物干燥易燃情况下,风速风向是制约林火强度、蔓延速度、火灾面积和扑救难易程度的决定性因素。     

冰雪灾害对南方森林可燃物及火行为的影响

冰雪灾害后,实地调查湖南省娄底市、长沙市、湘潭市、株洲市等受冰雪灾害影响的马尾松、杉木、枫香、樟树和毛竹林及新发生的森林火烧迹地,设置野外样地,采集样品.室内测定分析含水率、可燃物载量等因子,计算火蔓延速度等火行为参数.结果表明:冰雪灾害造成森林内大面积灌木和草类冻枯冻死,森林中有效可燃物负荷量在短期内成倍地增长,可燃物厚度增加,连续性变强.在调查的7个样地中,最低载量为12.23 t·hm-2,最高达到了50.26 t·hm-2.森林火烧迹地火行为非常复杂,火强度在1 500～9 000 kW·m-1之间,平均火强度超过3 500 kW·m-1,具有高强度火灾的特征;蔓延速度为111.67～972.71 m2·min-1;火烈度都超过50%,具备大火的特征.     

华山松纯林地表可燃物的潜在燃烧火行为研究

在实验室内模拟近似无风状态下华山松纯林地表可燃物的燃烧火行为,掌握潜在火行为相关特征,为安全扑救、避免人员伤亡提供参考依据。在昆明周边的云南森林自然中心华山松纯林内设置样地,通过外业调查、采样,在实验室燃烧床内模拟火行为,包括引燃时间、熄灭时间、辐射热、火焰高度、蔓延速率等,并计算火强度。华山松纯林地表可燃物的潜在火行为:点烧的可燃物含水率为5.71%～18.79%,接近野外的8.99%～14.96%,都很干燥、极易引燃;上坡火和下坡火的引燃时间很短,仅为1～2 s,遇到火源就被引燃,产生明亮火焰;下坡火的最大平均火焰高度达56.4 cm,明显高于上坡火的26.8 cm,前者的平均火焰温度最高为530℃,后者不到450℃;上坡火和下坡火的平均热辐射((4.1±0.9)～(7.2±1.0) kW/m~2和(4.2±0.7)～(6.9±1.0) kW/m~2)、蔓延速率(0.14～0.35 m/min和0.12～0.26 m/min)、烧损率(23.81%～51.40%和22.79%～58.33%)以及火强度(102.4～293.7 kW/m和116.0～322.9 kW/m),差距不明显。华山松纯林地表可燃物潜在燃烧火行为是低强度火,小坡度燃烧特征明显:燃烧相对稳定、平缓、火蔓延慢,火焰高度和火强度较小。但在野外,、地表可燃物里有部分半分解、分解的树桩和大枝条,一旦着火,即使地表明火扑灭,在适宜条件下,也能死灰复燃,危险性高。