风速对红松针叶床层两个重要失水时间的影响

森林防火人员需要关注可燃物从雨后不燃变为可燃所需的时间和其后蔓延速率倍增所需的时间。这两个时间与可燃物失水速率直接相关,也会受风速影响。但关于风速对这些时间的影响还没有直接研究。为此,以红松针叶床层为研究对象,研究其在近恒温湿条件下不同风速时的失水过程,分析风速对这两个失水时间的影响,结果表明,在温度近20℃,湿度在25%~35%的条件下,有风条件显著减少了红松针叶床层从雨后不燃(含水率70%)到可燃所需的时间,时间可缩短1~1.3 h,减少比例近40%,最长可缩短5.2 h。但不同风速所缩短的时间差异不大。风的这种影响与红松针叶床层的密实度有关。风的影响可用风速的指数函数形式来描述。但风对于以0.3 g·g-1为基点的蔓延速率倍增所需时间无显著影响。     

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。     

风速对蒙古栎阔叶床层两个重要失水时间的影响

风是森林火险预报中必不可少的因子,会加快降低可燃物含水率,使可燃物更容易被引燃。雨后不燃变为可燃所需的时间和其后使蔓延速率倍增所需的时间是火险预报需要提供的。这两个时间受风速影响很大,但现有研究还没有给出直接的答案。因此,在室内条件下控制温度和相对湿度不变,在不同风速条件下研究蒙古栎床层失水时间的变化,结果表明,风速对蒙古栎阔叶床层失水速率有显著的影响。在温度近20℃,湿度近0.2 g·g~(-1)的条件下,风可以改变可燃物雨后从不燃到可燃及林火蔓延速率倍增的时间。风速超过2 m·s-1可使一般条件下可燃物以后不燃变为可燃所需时间缩短一半,使蔓延速率倍增所需时间减少1/2以上。失水时间受风速的影响可用二次抛物线来表征。     

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。     

几种针叶类可燃物含水率的动态研究

通过对红皮云杉、兴安落叶松、长白落叶松、红松、樟子松、偃松、油松、沙冷松这8种针叶树种的枯叶、树皮的绝干含水率随时间变化的实验研究,分析了枯叶和树皮的绝干含水率变化规律并进行两种可燃物失水效率的综合比较。通过排序把8种针叶类可燃物划分成四种类型。     

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。     

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。     

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     

辽宁省3种针叶可燃物含水率变化规律的研究

可燃物含水率影响着森林火灾的发生与发展，是火险预测和预报的重要指标。为制定森林火灾精准防控方案，掌握其可燃物含水率变化规律，该文以辽宁省3种针叶为研究对象，测定了相同气温、不同空气相对湿度条件下可燃物的平衡含水率和时滞，开展生长季3种针叶含水率变化规律的研究。通过统计软件建立了可燃物含水率变化幂函数方程、时滞-空气湿度对数函数方程，同时测定了防火期3种可燃物的含水率。结果表明：3种可燃物平衡含水率、时滞分别与空气湿度呈显著正相关(R²=0.94～0.988、R²=0.90～0.98),3种可燃物的含水率随空气湿度的增加而增加，含水率下降速度随空气湿度增加而降低，其中樟子松针叶含水率下降速度最慢，时滞最大；3种可燃物生长季含水率最低值均出现在5月，为相应地区林火发生高危期。     

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。     

基于Logistic回归的兴安落叶松林飞火引燃试验

【目的】基于室内模拟的飞火引燃试验数据,使用Logistic模型对影响飞火引燃的因子进行建模,探究该模型在预测飞火引燃中的适用性,为林火行为研究提供依据和参考。【方法】选取黑龙江大兴安岭兴安落叶松纯林为对象,以球果、1 h时滞、10 h时滞小枝为火源,构造不同风速、可燃物含水率和压缩比的可燃物床层,进行引燃试验,建立以Logistic模型为基础的3种火源的引燃概率模型。【结果】3种类型火源分别进行了1 800次点烧试验,球果、1 h时滞和10 h时滞小枝引燃次数分别为414、161和337次;本研究梯度范围内,火源引燃概率随着风速增加而显著增加;可燃物含水率与引燃概率负相关,但受火源的干质量影响较大,在可燃物含水率为40%时,较大的3种火源干质量造成了引燃率升高;床层压缩比对火源引燃概率并没有表现出明显的正或负相关性;构建的球果模型预测引燃准确率为87.2%,总预测准确率为71.1%; 1 h时滞小枝模型预测引燃准确率为79.6%,总预测准确率为78.6%; 10 h时滞小枝模型预测引燃准确率为81.5%,总预测准确率为79.5%。【结论】3种火源引燃能力为球果10 h时滞小枝1 h时滞小枝,风速、可燃物含水率和火源干质量对引燃有较大作用,建立的3种Logistic引燃概率模型有较高准确率,可供飞火引燃预测时参考,以提高森林火灾扑救效率和减少扑救伤亡。     

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。     

华山松林细小可燃物层燃烧初始蔓延速度的初步研究

用自行设计的燃烧床研究了华山松林细小可燃物含水率、载量对燃烧初始蔓延速度的影响,通过分析试验过程中各测点的温度变化曲线,提出了可燃物层燃烧的初始蔓延速度的计算方法,即试验台水平方向上两热电偶的距离除以两热电偶测定到最高温的时间差;华山松林细小可燃物层燃烧的初始蔓延速度随可燃物含水率的增加而下降,载量是影响华山松林细小可燃物燃烧初始蔓延速度的一个重要因素,含水率为5.68%的华山松林细小可燃物的平均初始蔓延速度为0.0227m.s-1,该速度接近华山松林细小可燃物层在森林防火期燃烧的最大初始蔓延速度。     

江西省主要森林可燃物失水率变化规律研究

可燃物失水率快慢是反映燃烧快慢的内在指标之一。本项目采集17种江西省主要针叶、常绿阔叶及灌木树种的枝、叶进行失水率测定分析,得出不同树种不同组分失水率以树叶大于树枝,且日间变化幅度也较树枝更大;并利用多元统计方法,建立不同可燃物类型失水率模型,日失水率与当日14时相对湿度呈显著负相关。研究结果可为森林火险预报提供可靠信息,对提高林火管理水平,保护森林资源等均具有重要的意义。     

黑河地区8种乔木含水率季节变化及影响因素分析

通过对黑河地区落叶松、红松等8种乔木含水率的测定,描述了该8种乔木含水率季节变化,分析含水率与影响因子间的关系。结果表明:(1)活可燃物含水率主要受自身生理机制影响,植物种之间含水率差异较大。水冬瓜、黑桦含水率持续高于250%,属于难燃树种;落叶松、红松含水率持续高于200%,并且最低含水率高于130%,属于不易燃树种;偃松、樟子松、油松和蒙古栎含水率平均值低于200%,属于易燃树种。(2)可燃物含水率与日最高气温、土壤含水率、5天前累加降雨量和日照时数四个因子关系显著。     

季冻区边坡表层粉质粘土力学指标影响因素室内试验研究

本文通过室内三轴试验研究冻融作用下边坡表层粉质粘土土体随含水量、密实度、冻融次数、是否存在植物根系等不同条件下土的力学指标变化规律,对提高季冻区边坡防护效果具有一定的理论指导意义。研究结果表明:(1)土体主应力差在植物根系作用下明显提高,在含水率13%左右提高明显;加根土主应力差随土的密实度增加而显著提高。(2)含水率较小时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,当含水率在13%左右时,黏聚力最大,当含水率大于13%后,黏聚力开始随含水率增加而减小。植物根系作用下粘聚力随土体密实度增加而增大。(3)随含水率增加土体内摩擦角减小,含水率越大内摩擦角减小幅度越大。含水率较大时植物根系对土体内摩擦角影响较小;含水率较小和密实度较大时植物根系对提高土内摩擦角作用明显。     

祁连山保护区东端气象因子与草原死体可燃物含水率拟合模型构建

分析了祁连山保护区东端气象因子与草原死体可燃物含水率的关系,结果表明,祁连山保护区东端草原死体可燃物含水率与降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量6个气象因子显著相关,显著性水平为0.05。以草原死体可燃物含水率为应变量,降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量为自变量,建立了拟合模型。经检测,模型估算值与实测结果误差较小,可为祁连山保护区东端草原火灾预测预防提供较为准确的数据。     

祁连山保护区东端气象因子与灌木林死体可燃物含水率拟合模型构建

分析了祁连山保护区东端气象因子与灌木林死体可燃物含水率的关系,结果表明,祁连山保护区东端灌木林死体可燃物含水率与降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量6个气象因子显著相关,显著性水平为0.05。以灌木林死体可燃物含水率为应变量,降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量为自变量,建立了拟合模型。经检测,模型估算值与实测结果误差较小,可为祁连山保护区东端灌木林火灾预测预防提供较为准确的数据。     

祁连山保护区西端气象因子与灌木林死体可燃物含水率拟合模型构建

分析了祁连山保护区西端气象因子与灌木林死体可燃物含水率的关系,结果表明,祁连山保护区西端灌木林死体可燃物含水率与降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量6个气象因子显著相关,显著性水平为0.05。以灌木林死体可燃物含水率为应变量,降水量、温度、相对湿度、连续干旱天数、风速和蒸发量为自变量,建立了拟合模型。经检测,模型估算值与实测结果误差较小,可为祁连山保护区西端灌木林火灾预测预防提供较为准确的数据。