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。      

基于Rothermel模型的红松人工林地表可燃物蔓延速率及参数修正

  目的  该研究以室内模拟野外真实条件下的燃烧试验为手段，测定不同坡度和含水率条件下东北红松人工林地表可燃物蔓延速率，与基于Rothermel模型预测蔓延速率对比，并对Rothermel模型进行修正，以提高Rothermel模型预测红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率的适用性。  方法  以红松人工林地表可燃物为试验材料，在实验室内构建不同含水率和坡度的可燃物床层结构，平地无风条件下进行30次点烧试验，5°、10°、15°和20°条件下分别进行15次点烧试验。根据热电偶记录的温度时间数据及位置数据计算燃烧蔓延速率，在平地条件下对Rothermel模型中相关可燃物的参数进行拟合，得到最优模型，在此基础上对Rothermel模型坡度参数修正。  结果  在各试验条件下，红松人工林地表火蔓延速率最大值为0.631 m/min，最小值为0.114 m/min；直接使用Rothermel模型预测0° ~ 20°坡度条件下红松人工林地表火燃烧蔓延速率平均绝对误差为0.059 m/min，范围为0.003 ~ 0.241 m/min，平均相对误差为27.4%，范围为2.4% ~ 152.6%；在使用平地无风条件下点烧试验数据重新修正Rothermel模型的可燃物特征参数β_op的基础上，基于5° ~ 20°条件下点烧试验数据修正坡度参数，修正参数后的Rothermel模型平均绝对误差平均值降低了0.024 m/min，为0.035 m/min，范围为0.003 ~ 0.102 m/min，平均相对误差降低了10.4%，为17.0%，范围为1.8% ~ 65.5%；修正参数后模型预测值与实测值的R2为0.913 5。  结论  在0° ~ 20°坡度条件下不能直接使用Rothermel模型对红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率进行预测，需要对模型中的可燃物特征参数和坡度参数进行修正，拟合参数后模型预测误差显著降低，预测精度显著提升，可以对我国0° ~ 20°坡度条件下红松人工林地表火蔓延速率进行预测。      

森林火灾损失评估技术研究

森林火灾损失评估是森林防火管理的重要内容,森林火灾评估标准制定及森林火灾损失评估系统建设对于森林火灾防控具有十分重要的意义。结合《森林火灾损失评估标准》的编制任务,介绍了森林火灾损失评估标准的编制背景,回顾了我国森林火灾损失评估现状,分析了我国森林火灾损失评估中关键技术问题,提出了基于森林火灾损失评估标准的森林火灾损失评估系统,为科学准确评估森林火灾损失提供重要依据。     

兴安落叶松火烧迹地林褥层碳氮化学计量特征

  目的  林褥层是主要的森林地被可燃物,是林火干扰北方森林生态系统进程的物质基础。养分循环和能量流动属于森林火烧迹地生态恢复的核心内容,探寻火烧迹地林褥层碳、氮化学计量特征与时间、空间因子间的关系,能够为研究火干扰对森林生态系统碳氮循环的影响提供理论依据。  方法  以不同过火年份兴安落叶松火烧迹地和未过火兴安落叶松林样地的林褥层（未分解凋落物层、半分解凋落物层）作为研究对象,测定样品全碳、全氮、铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳含量。采用单因素方差分析（ANOVA）比较林褥层碳、氮化学计量特征在不同恢复时长、不同空间特征上的显著差异性;用皮尔森相关性表明林褥层碳含量、氮含量和碳氮比与各因子之间的相关程度;用因子分析法综合分析不同因子对林褥层碳氮化学计量比的影响程度。  结果  随恢复时长增加,未分解层碳、氮含量和C/N呈先升高再降低的趋势,半分解层与之相反。随着海拔升高,未分解层碳含量和C/N、半分解层碳含量呈现上升趋势,半分解层C/N呈先降低再升高的趋势。未分解层碳含量和C/N平坡显著高于缓坡（P < 0.05）,氮含量平坡略低于缓坡（P > 0.05）。半分解层碳含量和氮含量缓坡略高于平坡,C/N平坡略高于缓坡。环境因子对未分解层碳氮比影响大小顺序为经度 > 纬度 > 铵态氮含量 > 氮含量 > 碳含量 > 坡度 > 坡向 > pH,对半分解层碳氮比影响大小顺序为经度 > 碳含量 > 坡向 > 海拔 > 氮含量 > pH > 硝态氮含量。  结论  恢复时长和空间因子均是兴安落叶松火烧迹地林褥层碳含量、氮含量和碳氮化学计量比的影响因子。部分空间因子如坡度、坡向对兴安落叶松火烧迹地林褥层碳含量、氮含量和碳氮化学计量比具有显著影响。时间因子和空间因子可通过改变兴安落叶松火烧迹地林褥层的分解速率进而对其所在的火顶极森林生态系统的碳、氮循环过程产生一定影响。      

野外叶面积指数自动测量仪器设计及应用试验

为提高长时间序列叶面积指数测定模型的模拟精度,该文设计一种可以长期在野外间接测量叶面积指数仪器,仪器由太阳能提供持久电能,利用单片机控制垂直水平舵机,带动光强传感器记录多角度光线强度,在2台仪器同时测量的情况下,获得光线透过林分冠层多角度光强衰减率,通过编写计算程序解算林分叶面积指数。使用商品化光学仪器LAI-2200验证该仪器测量精度,对24块样地叶面积指数进行测量,两仪器测量结果高度吻合R2为0.927,绝对标准误差为0.36。长时间野外叶面积指数自动测量获取数据可节省人力、减少人为误差。     

兴凯湖国家级自然保护区景观格局变化分析

根据2001、2004和2007年3期的兴凯湖自然保护区TM影像、1∶5万地形图及2007年的50个外业实测点数据,采用景观指数的研究方法,分析了2001—2007年兴凯湖国家级自然保护区景观格局的变化及驱动因素。利用马尔科夫模型对该地区2007—2016年的景观格局变化进行预测,并对预测精度进行检验,得到的2007年模拟结果与实测结果均无显著差异。结果表明:2001—2007年间,兴凯湖地区林地和未利用地受人为干扰逐渐增加;草甸景观的破碎化程度开始变大;沼泽景观变得更加简单、规则;水域景观完整、异质性低,在兴凯湖地区占有绝对的优势地位。从预测结果看,兴凯湖地区天然湿地和林地面积在未来7年内(2010—2016年)将逐渐减少,耕地面积将逐渐增加,居民地、未利用地和水域趋于平稳。这一变化主要是由于人类对湿地的开发、经济驱动和气候变化等自然因素共同作用的结果。     

基于WebGIS的森林火险气象等级预报系统的设计与实现

以移植的加拿大森林火险等级系统(CFFDRS)为基础,以SuperMap IS Java为核心,运用WebGIS技术设计并建立了适合我国使用的森林火险气象等级预报系统.并着重介绍了该系统所采用的B/S与C/S相结合的3层网络体系结构,描述了原始数据的准备、工作站与服务器上数据的处理及客户端功能的设计要求.该系统结合网络服务与数据库服务等多种技术手段,可实现森林火险气象等级预报的网络发布,提高我国森林火险预报预警的管理效率.     

一种能够批处理的林火行为空间模拟系统

针对现有林火空间蔓延模拟软件输入参数后只能模拟一次,无法批处理多次模拟的不足,开发了具有批处理功能的林火行为空间模拟系统。该系统采用了国际上最常用的美国Rothermel模型和加拿大FBP蔓延模型,提供了美国系统和加拿大系统两种可燃物分类系统的处理能力,使用户可根据需要进行不同参数、不同环境变量条件下的多重模拟,还可进行自定义约束条件下的最优可燃物参数估计。这种多次模拟提高了相关研究的效率,为林火行为空间模拟结果提供了分布概率,使研究结果更可靠,为研究林火行为、林火对生态系统的影响提供了有力工具。     

内蒙古赤峰市森林火险等级评价及火灾危险性评估

以内蒙古赤峰市森林火险为研究对象,依据《全国森林火险区划等级》(LY/T 1063—2008),选取树种燃烧类别、人口密度、路网密度、防火期月平均降水量、气温、以及风速6项火险因子,运用数据分析方法和聚类分析法得出赤峰市各个旗县的森林火险等级并完成火灾危险性评估。结果表明:巴林右旗、克什克腾旗、喀喇沁旗、宁城县、敖汉旗和红山区各自拥有1个国家级自然保护区,火险等级提高1级为Ⅰ级;元宝山拥有1个国家级森林公园,其火险等级提升1级为Ⅱ级;其他地区为Ⅱ级。由聚类分析可知,将火险程度由高到低分为4类,红山区为危险等级Ⅰ级;阿鲁科尔沁旗为危险等级Ⅱ级;巴林左旗、元宝山、宁城县、喀喇沁旗、敖汉旗、林西县为危险等级Ⅲ级;而其他地区为危险等级Ⅳ级。研究结果可为林火预测预报和森林资源管理提供重要参考。     

气候变化下森林火灾过火面积预测——以大兴安岭北方森林为例

利用Delta统计降尺度方法解集HadCM3 IPCC SRES A2a和B2a情景下气候基准时段(1961-1990年)与未来不同时段 (21世纪20年化,2010-2039年;21世纪50年代,2040-2069年;21世纪80年代,2070-2099年)的逐月的最高温度、相对湿度、降水和风速数据,结合历史火灾数据、气象资料以及加拿大火险天气指标系统中SSR指标数值的统计相关性,在假设林火动态对当前及未来气候变化具有相同响应方式的基础上,定量和定性相结合预估未来该区北方森林过火面积的变化趋势。结果表明:历史过火面积与SSR均值呈显著线性相关(r,0.16-0.61),SSR增值能作为过火面积增量指标。HadCM3 IPCC SRES A2a和B2a情景下,21世纪大兴安岭地区森林火灾过火面积相对于1961-1990年气候基准值呈显著增加趋势,其中21世纪80年代该区平均过火面积可能会增加1倍。21世纪该区过火面积呈现强烈的季节特征,夏季防火期和秋季防火期的过火面积增长较快,尤其是夏季防火期,A2a情景下21世纪80年代森林火灾过火面积将会增加1.5倍。图4表1参31。