无风条件下蒙古栎—红松混交林下地表可燃物3种火源点燃的能力分析

森林火灾发生需要有火源引燃,不同火源引燃可燃物的能力不同,搞清常见火源引燃可燃物的能力及引燃后的一些火行为指标,分析床层特征对火源引燃能力的影响,建立相应的点燃概率模型,对林火预防及扑救意义重大。在春防期,以燃烧着的烟头、火柴、燃烧着阔叶为火源,在无风条件下点燃蒙古栎-红松混交林下的非破坏性地表可燃物,分析了不同火源的点燃能力及床层特征对点燃能力的影响,并建立相应预测模型。结果表明:(1)火柴的平均点燃概率最大,燃烧着阔叶点燃概率次之,所有试验条件下,烟头都不能点燃可燃物床层;(2)火柴与燃烧着阔叶的点燃概率和火焰高度没有显著差异,烟头与2种火源的点燃概率有显著差别;(3)火柴和燃烧着阔叶的点燃概率都与床层含水率负相关关系,两者能引燃的最大床层含水率分别为26%和24%。火柴引燃概率随着床层密实度的增加,先增加后减小,燃烧阔叶点燃概率随着床层密实度的增加在下降;4)火柴和燃烧着阔叶2种火源的点燃概率预测模型都具有统计学意义,其中火柴点燃概率预测模型的预报精度为72.9%,误报率为32.3%;燃烧着阔叶预报模型的准确度为71.4%,误报率为25.8%。本研究是在春防期间进行,可燃物含水率低于30%的天数占防火期内一半以上,被火源引燃发生森林火灾的可能性极大,对于特别稀松或者紧实的可燃物床层,火源引燃概率较低,建议林区管理人员根据不同床层密实度进行管理,提高效率。     

基于Logistic回归的烟头点燃红松松针概率研究

利用长度为1 cm未熄灭的烟头点燃红松松针,在室内构造可燃物床层模拟野外情况,以不同的可燃物含水率、压缩比和风速为分类条件,在每种情况下进行20次点燃重复实验,共进行1 440次实验,记录松针被烟头点燃出现明火的概率。结果表明:当红松松针的含水率≤10%且风速≥2 m·s-1时,松针可以被点燃;其中含水率、风速对烟头点燃松针概率的影响极显著,压缩比对烟头点燃红松松针概率的影响显著,压缩比、含水率、风速各因子间的交叉作用对烟头点燃红松松针概率的影响不显著;烟头点燃红松松针的Logistic预测模型准确率达到80%,误报率仅为20%。     

空气温湿度对不同结构的红松松针床层含水率动态变化影响的室内模拟研究

【目的】空气温度和相对湿度是对地表细小死可燃物含水率动态变化影响最显著的气象因子,对含水率预测模型中关键指标平衡含水率和时滞起重要作用,但由于对其研究的不全面性,至今温湿度对不同床层结构含水率的影响,特别是关键指标的影响还未达成共识。为了搞清空气温湿度对不同床层结构含水率动态变化和关键指标的影响。【方法】以红松地表细小死可燃物为研究对象,设置与自然状态接近的床层密实度梯度,置于恒温恒湿箱中,在不同温湿度配比下用自动称量天平记录含水率变化情况,分析密实度和温湿度对平衡含水率和时滞的影响,并建立相应的预测模型。【结果】不论温湿度和密实度如何改变,松针床层含水率呈指数下降;空气温度和相对湿度对平衡含水率有极显著影响,对于红松松针床层,Simard法预测平衡含水率效果要优于Nelson法,其误差均在可接受范围内;建立了形如τ=ae~(-bT)的不同密实度和湿度时的时滞预测模型,误差也在可接受范围内。【结论】揭示了不同温湿度条件下不同红松松针床层含水率动态变化过程,搞清其对平衡含水率和时滞的影响,对于可燃物含水率预测模型研究具有重要意义。     

长白山4种主要森林类型地表凋落物引燃概率

以长白山主要森林类型红松、蒙古栎、针阔混交和阔叶混交林地表凋落物为实验材料,通过构建不同含水率、风速、载量及高度的可燃物床层模拟野外情况,使用烟头平置、烟头插入和秸秆明火的引燃方式,对每种情况进行9次重复实验,记录出现明火的概率。结果表明,4种森林类型地表凋落物引燃从易到难为红松林、蒙古栎林、针阔混交林和阔叶混交林,3种引燃方式引燃地表凋落物概率从高到低为秸秆明火、烟头插入和烟头平置。Logistic回归模型表明,引燃预测效果为针阔混交林最佳、阔叶混交林次之、红松林最差,引燃方式中烟头平置最佳、烟头插入次之、秸秆明火较差。通过科学手段营林和确保农事活动中秸秆远离林缘边界的方法可以有效控制烟头、秸秆火源对附近森林的危害。     

红松人工林地表可燃物燃烧释放颗粒物质量及影响因素

【目的】基于燃烧风洞实验室进行室内点烧试验，定量揭示红松人工林地表可燃物燃烧释放颗粒物粒径分布及变化特征，为森林火灾释放的颗粒物提供参考。【方法】选取东北东部山区红松人工林为对象，构造不同风速、可燃物载量、可燃物含水率的可燃物床层。基于燃烧风洞实验室进行108次点烧试验，利用溶气胶监测仪（美国TSI Dust Trak 8533）进行实时监测，通过随机森林算法建立不同粒径颗粒物预测模型。【结果】风速是影响4种粒径颗粒物质量最主要因素之一，PM₁受风速（37.207%）和温度（25.651%）影响最大，受可燃物含水率影响最小（8.304%）; PM_2.5受风速（43.293%）和可燃物载量（22.855%）影响最大，受燃烧效率（7.509%）影响最小；PM₄受风速（43.552%）和可燃物载量（21.225%）影响最大，受可燃物含水率（6.841%）影响最小；PM₁₀受风速（40.832%）和可燃物载量（23.337%）影响最大，受可燃物含水率（6.946%）影响最小。基于随机森林算法构建的PM     

樟子松针叶床层结构对失水过程中含水率参数的影响

以樟子松针叶床层为例,初步研究可燃物结构床层结构特征对其失水过程中时滞和平衡含水率参数(基于Nelson模型)的影响。通过对15个不同厚度、载量、密度的樟子松可燃物床层的失水过程的分析,估计这些床层的时滞和平衡含水率参数,利用这些参数进行可燃物含水率模拟的平均绝对误差和均方根误差均不超过0.01,所估计的可燃物含水率参数有效。对可燃物床层结构特征对这些参数的影响的研究表明,可燃物床层厚度和载量对时滞和平衡含水率的2个参数a、b具有有显著影响,与时滞和平衡含水率参数b正相关,与平衡含水率参数a负相关,据此建立可燃物含水率参数的预测模型。该模型高估了时滞和平衡含水率参数b,低估了平衡含水率参数a。所得结果还有一些不确定性,特别是可燃物结构特征对平衡含水率参数的影响,需要在更宽的温湿度范围内、针对其他平衡含水率模型和在失水吸水2个过程上进一步研究。     

室内模拟降雨对蒙古栎和红松凋落物床层饱和含水率的影响

【目的】地表凋落物作为森林火灾的引火物,其含水率大小决定凋落物被引燃的难易程度和发生火灾后一系列火行为指标等。降雨作为林火预测预报中必不可少的气象因子,直接影响地表凋落物的含水率。但由于降雨的不确定性,其对凋落物含水率影响的研究较少。为了搞清降雨对凋落物含水率的影响,分析降雨条件下凋落物含水率动态变化和凋落物床层饱和含水率情况。【方法】以蒙古栎和红松地表凋落物为研究对象,设置不同床层密实度和初始含水率,利用降雨模拟器在室内模拟不同降雨量,每隔10 min称量一次凋落物床层至饱和,得到凋落物含水率动态变化情况,分析床层密实度、初始含水率和降雨量对2种凋落物床层饱和含水率的影响,并建立响应预测模型。【结果】降雨条件下2种凋落物床层含水率呈对数增加;不论蒙古栎还是红松,床层初始含水率对床层饱和含水率没有显著影响,饱和含水率受床层密实度和降雨量的影响显著。降雨量和床层密实度对凋落物床层饱和含水率的影响相互制约,随着床层密实度的增加,降雨量对饱和含水率的作用下降;不同凋落物床层密实度时,建立了Ms=a×exp(b×R)的床层饱和含水率预测模型,模型预测误差均在可接受范围内。【结论】本研究揭示了降雨对不同结构的凋落物床层含水率的影响,对于含水率预测模型研究和火险预报研究具有重要意义。     

典型林分地表死可燃物含水率与气象因子的关系——以哈尔滨城市林业示范基地典型可燃物为例

在哈尔滨城市林业示范基地内选取蒙古栎林、胡桃楸林、白桦林三种林分设立样地并建立观测点,于2014年9月至2014年11月,对各林分地表枯落叶、1h时滞和10h时滞枯枝的可燃物含水率进行测定,同时采集空气温度、风速、空气相对湿度等气象要素。建立可燃物含水率预测模型预测可燃物含水率。结果表明:1)不同气象因子对不同可燃物影响程度不同,空气相对湿度对蒙古栎林的影响显著,风速对胡桃楸林的可燃物含水率影响大,而白桦林易受空气温度影响;2)可燃物含水率在每日变化呈现谷状,13:00~15:00达到每日最小值;3)建立的可燃物含水率预测模型,三种林分中,白桦林可燃物含水率预测模型精度最高,白桦林三种地表死可燃物类型中,10h时滞枯枝预测模型精度最高。     

南方8种森林地表死可燃物在平地无风时的燃烧蔓延速率与预测模型

【目的】研究Rothermel林火蔓延速率预测模型及另外2种以Rothermel模型为核心的蔓延速率预测模型对南方8种典型森林地表死可燃物的适用性,为林火蔓延速率预测提供理论支撑和指导。【方法】以南方地区8种典型速率地表死可燃物为对象,根据研究对象的野外实际条件,在东北林业大学帽儿山实验林场风洞实验室内,构建不同可燃物床层含水率、载量及高度的可燃物床层,每种可燃物在平地无风条件下进行36次点烧试验,共288次点烧,记录每种可燃物类型不同配比条件下的蔓延速率。通过直接使用Rothermel模型、重新估计Rothermel模型参数、对Rothermel模型形式改进后自建模型的对比,得到最合适的预测模型。【结果】 1)平地无风条件下,南方8种典型森林地表死可燃物床层最大蔓延速率为0.55 m ·min -1 ,平均蔓延速率由大到小依次为:华山松、云南松、毛竹、柳杉、杉木、马尾松、麻栎及青冈栎。2)直接使用Rothermel模型预测的林火蔓延速率误差较大,平均绝对误差为0.18 m ·min -1 ,平均相对误差为70.0%。3)重新估计参数后的Rothermel模型及自建模型,预测的可燃物蔓延速率精度显著提高,平均绝对误差分别为0.04、0.037 m ·min -1 ,平均相对误差分别<18%、16.45%。4)重新估计参数的Rothermel模型与自建模型的预测误差的差异不显著,其中自建模型的预测值与实测值的 R 2 变化在0.71~0.90,平均为0.80。【结论】对南方8种典型森林的地表死可燃物类型,在平地无风条件下,重新估计参数的Rothermel模型及自建模型的预测精度相近,但自建模型可能更简单易用,可预测平地无风条件下可燃物地表火蔓延速率。     

风速对不同结构红松针叶床层失水系数影响的室内模拟研究

以红松针叶床层为例,研究风速对其失水系数的影响,为在更多的可燃物类型、更多样的可燃物床层结构和更大的风速范围研究风速对可燃物失水系数的影响提供支持。以当年凋落的红松针叶为材料,设置不同的风速和床层密实度,在实验室内近恒温湿条件下,每隔0.5 h测定一次针叶床层的含水率,获得含水率动态数据。根据Simard平衡含水率模型,计算各床层的失水系数。利用方差分析研究风速和密实度对失水系数的影响,确定影响因子。以密实度为分类条件,拟合红松针叶床层失水系数和风速之间的关系,建立相应模型,分析风速对失水系数的影响。结果表明:不同风速时红松针叶床层失水速率的差异随床层含水率的下降而减少。不同风速、不同密实度时红松针叶床层的失水系数在0.2到1.2 h-1之间。失水系数与风速呈非单调形式:无风时失水系数均值在0.4 h-1左右,从无风到有风,失水系数增加,在风速2 m·s-1或3 m·s-1时达到极值,极值均值在0.9 h-1左右,然后随风速增加而下降。随着密实度增加,失水系数有降低趋势。风速、密实度及其两者的交互作用都对红松针叶床层的失水系数有极显著影响。所得最佳模型形式为k=a+bw/w3+cw2+dw+e,不同密实度的红松针叶床层的平均绝对误差分别为0.002 0、0.057 4、0.734 0 h-1,平均相对误差分别为0.6%、8.1%、10.6%。风速对红松针叶床层失水速率具有极显著影响,该影响在高含水率阶段大于低含水率阶段。红松针叶床层失水系数随风速先增后降,变化幅度与床层密实度有关,用风速的一次多项式和三次多项式之商拟合效果最好。     

森林与城镇交界域火灾风险分析及对策——以万华烟台工业园为例

森林—城镇交界域火灾是一个复杂而严重的灾害现象。通过对万华烟台工业园区森林交界域火灾风险进行了系统分析。结果表明：交界域内火源较多,一旦与细小森林可燃物接触就会形成第一引燃,但对园区威胁并不大;从一次引燃发展到二次引燃一般可通过火焰直接接触、热辐射以及飞火等三种方式,其中通过火焰直接接触或热辐射引燃园区可能性较小。园区北灵山有条件发生大规模树冠火,会出现飞火等极端火行为,对园区构成巨大威胁。而园区曲家山虽然也能形成局部树冠火,但不会对园区构成威胁。针对分析结果,提出了加强火源管理、有效调控森林可燃物、加大森林防火基础设施建设、建立专业化森林消防队伍等应对策略。     

山西省林火驱动因子及分布格局研究

【目的】研究山西省的林火驱动因子和火险分布格局,可为山西省森林防火工作提供参考。【方法】使用2010—2017年卫星监测热点数据,基于逻辑斯蒂模型和随机森林模型分析气象、地形、植被和人类活动对山西省林火发生的影响,选取山西省主要林火驱动因子,建立林火发生概率模型,并基于最优模型结果绘制山西省森林火险等级区划图,分析山西省森林火险分布格局。【结果】逻辑斯蒂模型选取的山西省主要林火驱动因子有日平均相对湿度、日照时数、日平均气温、日平均风速、海拔、坡度、距道路距离、距居民区距离;随机森林模型选取的山西省主要林火驱动因子有日平均地表气温、日平均气压、日平均相对湿度、日照时数、日平均气温、日平均风速、季度NDVI和GDP;逻辑斯蒂模型的预测准确率在84.31%～86.33%之间,随机森林模型的预测准确率在88.98%～94.37%之间。【结论】山西省主要林火驱动因子为气象因子;随机森林模型比逻辑斯蒂模型更适用于山西省林火发生概率的预测;山西省森林火险分布有明显的季节和地域差异,春季的高火险区明显多于其它季节,东部的高火险区多于西部,阳泉市、长治市、晋城市、忻州市东部、晋中市北部、吕梁市东南部和太原市中部是山西省主要高火险区。     

森林火灾中高能量火——飞火研究进展

森林火灾中高能量火的爆发伴随着突发性、随机性和不可抗拒性,会给森林火灾的扑救工作带来极大困难,并对扑火人员的生命安全造成严重威胁。飞火是一种较为常见的高能量林火行为,飞火的产生往往是林火行为愈演愈烈的唯一警告。文中结合国内外森林飞火行为相关研究进展,阐述了飞火的产生原因,并从飞火不同燃烧阶段以及不同火源引燃机理等方面总结飞火行为研究进展,分析飞火的形成机制,以期为提高森林火灾扑救效率、减少森林火灾扑救伤亡和进一步开展飞火研究提供参考。     

平衡含水率法预测死可燃物含水率的研究进展

死可燃物含水率预报是森林火险天气预报的重要内容,准确预测死可燃物含水率是做好森林火险天气预报和火行为预报的关键.平衡含水率法预测死可燃物含水率在物理上十分可靠,若研究对象可精确描述,理论上其含水率的预测是准确的.因此,该方法是重要的可燃物含水率预测方法.本文对该方法的理论基础和应用情况进行综述.结果表明:1)平衡含水率的预测模型主要有4种,其中Simard模型、Van Wagner模型和Anderson模型都是统计模型,其应用具有一定的局限性;而Nelson模型为半物理模型,在预测可燃物含水率上的效果好,应用广.2)可燃物类型影响平衡含水率,但具体机理还没有系统研究.3)对时滞的影响因子研究相对较少.可燃物的种类、物理性质对时滞都有影响.4)现有平衡含水率法中,Catchpole等的方法因采用Nelson的半物理模型而具普适性,有良好的应用前途.5)平衡含水率法在实际预测中得到广泛应用,是美国火险等级系统和加拿大森林火险等级系统及其他类似系统中可燃物含水率预测的主要方法.     

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。     

三种方法对森林地表可燃物含水率的预测评价

森林地表可燃物的含水率是判定林火是否能够发生以及火势蔓延速度的最基本指标,如何准确地预测含水率对预测林火的发生以及火灾的扑救防范工作有着重大意义。本文着重从3个主要研究方法阐述可燃物含水率预测的研究进展:遥感估测法;平衡含水率法;气象要素回归法。分析表明:遥感估测法较适用于大尺度、高植被覆盖率的区域,预测精度尚达不到平衡含水率法以及气象回归法估算的水准;平衡含水率的预测模型理论可行,实际应用中能达到很好效果,但对平衡含水率以及时滞的研究仍处于发展阶段;气象要素回归法针对特定区域可燃物含水率预测准确,但不能应用到大尺度上;结合平衡含水率法和气象要素回归法的半物理半经验模型能够较好的预测可燃物含水率。     

浙江千岛湖不同林型中地表可燃物含水率对主要火环境因子的响应模型

不同的林型下,火环境因子对林内地表可燃物的含水率的影响也不一样。按照浙江省常见的林型,在森林植被比较好的千岛湖选择常绿阔叶林、马尾松林、杉木林和毛竹林为实验地,分别建立地表可燃物对空气湿度、风速、空气温度、土壤湿度的回归模型。通过验证模型,常绿阔叶林叶林、马尾松林、杉木林和毛竹林下的回归模型精度分别为88.3%、85.7%、83.0%、76.0%,达到了较好的预测精度。研究结果可为今后的大面积预测森林可燃物含水率以及森林火险预警提供依据。     

祁连山保护区西端气象因子与草原火险等级相关性分析

通过对祁连山保护区西端草原可燃物含水率与气象因子相关性分析,采用统计回归法,建立了草原可燃物含水率与气象要素关系模型,以草原死体可燃物引燃含水率为基准,结合燃烧实验,确定了祁连山保护区西端草原火险等级对应的气象因子,结果表明:草原可燃物含水率模型模拟效果较好,引入草原可燃物含水率气象预测模型可提高草原火险气象指数模型的应用效果,为祁连山保护区西端草原火灾预测预防提供了科学依据。     

祁连山保护区东端气象因子与草原火险等级相关性分析

通过对祁连山保护区东端草原可燃物含水率与气象因子相关性分析,采用统计回归法,建立了草原可燃物含水率与气象要素关系模型,以草原死体可燃物引燃含水率为基准,结合燃烧实验,确定了祁连山保护区东端草原火险等级对应的气象因子,结果表明:草原可燃物含水率模型模拟效果较好,引入草原可燃物含水率气象预测模型可提高草原火险气象指数模型的应用效果,为祁连山保护区东端草原火灾预测预防提供了科学依据。     

祁连山保护区东端气象因子与灌木林火险等级相关性分析

通过对祁连山保护区东端灌木林可燃物含水率与气象因子关系分析,采用统计回归法,建立了灌木林可燃物含水率与气象要素关系模型,以灌木林死体可燃物引燃含水率为基准,结合燃烧实验,确定了祁连山保护区东端灌木林森林火险等级对应的气象因子,结果表明:森林可燃物含水率模型模拟效果较好,引入森林可燃物含水率气象预测模型可提高森林火险气象指数模型的应用效果,为祁连山保护区东端灌木林火灾预测预防提供了科学依据。