森林地表死可燃物含水率预测模型研究进展

林火是影响森林生态系统的重要因子之一,林火蔓延和发展深受森林可燃物含水率的影响,尤其是林火的发生直接受地表死可燃物含水率的影响。因此,准确预测森林地表死可燃物含水率是预报森林火险和火行为的关键,加强森林死可燃物含水率预测模型研究尤为重要。从森林可燃物含水率的研究方法、研究模型及模型精度3方面综述研究现状,并对比评价现有模型。针对目前研究的诸多问题,提出5点展望:1)加强研究重点火险区野外含水率动态。利用已有的森林火险因子采集站和森林火险监测站获取不同环境因子和可燃物含水率及气象因子监测数据,构建重点火险区基于气象参数的森林可燃物含水率预测模型。2)加强森林可燃物的基础数据监测和收集。这可为全面构建森林火险等级系统奠定坚实的数据基础,同时还应建立精准的森林可燃物类型划分体系。3)加强研究可燃物含水率的空间异质性。应考虑不同影响因子下可燃物含水率动态,特别是了解小尺度内森林可燃物含水率的空间异质性,才能更准确进行林火预测预报。4)结合应用增强回归树(BRT)方法来提高模型精度。在可燃物含水率模型精度影响因子的研究中,运用BRT方法多次随机抽取一定量的数据,量化分析不同因子对模型精度的影响程度。5)结合GIS进行大尺度火险预警研究。综合应用RS和GIS技术,建立可燃物含水率的遥感反演模型,在准确模拟森林可燃物含水率空间分布的基础上,建立基于可燃物含水率的不同火险等级的预测模型。     

森林可燃物含水率及其预测模型研究进展

森林可燃物是森林火灾发生的物质基础,其含水率的变化直接影响森林可燃物着火的难易程度。高效准确地模拟森林可燃物含水率动态变化的规律,对预测预报林火发生或林火行为具有重要意义。文中从可燃物含水率的影响因子、理论算法、预测模型3个方面阐述了森林可燃物含水率及其预测模型研究进展;指出了研究存在的问题;提出了可燃物含水率研究展望:加强野外定位观测研究,优化测定方法并强化野外采样和室内试验标准化工作,加强可燃物含水率时空异质性研究,加强观测尺度外推问题研究并构建含水率遥感反演模型。     

内蒙古大兴安岭典型乔灌树种及其地表死可燃物热解特性

【目的】研究森林可燃物的热解特性,了解林火发生的难易程度及潜在火行为特征,促进合理选择防火树种和构建生物防火林带。【方法】以内蒙古大兴安岭毕拉河林区森林可燃物为对象,进行热重分析得出其热解过程,以筛选抗火性能良好的树种。运用热重分析法,在升温速率为30℃·min-1、通氧速率为20 m L·min-1的条件下,对5种典型乔木(白桦、黑桦、兴安落叶松、蒙古栎、山杨)的3个部位(树干、树皮、树枝)及其林内地表死可燃物分3个亚层(未分解层、半分解层、已分解层)和3种典型灌木(平榛、二色胡枝子、兴安杜鹃)的枝条研究热失重行为。使用TG-DTG曲线分析样品的热解过程,利用Coats-Redfem积分法对样品的快速热解阶段进行动力学分析,采用热解特性指数P对样品的热解特性进行全面评价;通过活化能、着火温度与热解特性指数的综合分析,评价各样品的抗火性。【结果】空气条件下的森林可燃物的热解过程分为脱水阶段、快速热解阶段、炭化阶段。通过一级反应动力学模型Coats-Redfem积分法求出样品在快速热解阶段时的活化能(E)、频率因子(A)和相关系数R。结合热稳定性、着火温度与热解特性指数的综合分析可知,5种乔木的抗火性依次为:兴安落叶松白桦黑桦山杨蒙古栎; 3种灌木的抗火性依次为:平榛二色胡枝子兴安杜鹃; 5种乔木地表死可燃物的抗火性排序依次为:兴安落叶松黑桦、白桦山杨、蒙古栎。【结论】在所选植物种类中,兴安落叶松与平榛的抗火性最佳,研究结果可为内蒙古大兴安岭地区的防火树种选择提供依据。     

宽甸地区主要林型地表可燃物负荷量初步研究

采用普遍调查法和现场取样称量法,对宽甸地区森林类型和地表可燃物负荷量的分布情况进行了研究,结果显示:该地区常见林型有5种,即红松人工纯林、刺槐人工纯林、日本落叶松纯林、天然蒙古栎纯林、天然杂木林,诸林型下地表可燃物的平均负荷量均超过20 t·hm-2以上,其中日本落叶松人工纯林负荷量最高;地表可燃物负荷量的分布有随着林分密度和林龄增加而减少趋势;对不同立地条件地表可燃物载荷量调查结果为:南坡较大、北坡较小,山下坡较大、上坡较小的分布规律。     

昆明西山国家森林公园主要林型地表可燃物的特征

通过外业调查和实验室测定,利用绝对含水率和载量2个关键指标,研究了持续干旱背景下昆明西山国家森林公园的华山松、云南油杉、滇青冈、地盘松、麻栎和旱冬瓜等6种主要林型的可燃物特征。结果表明:地表可燃物、粗死木质残体的含水率最高的都为云南油杉林,分别为55.36%,40.95%,最低都为滇青冈林,分别为10.26%,10.58%,差异显著,最高与最低分别相差约5.4倍、3.9倍;载量都达到较高水平,地表可燃物载量最大为华山松林(4.53±1.11)kg/m2,最低为旱冬瓜林(2.08±0.19)kg/m2,相差约2.2倍,粗死木质残体载量最高为地盘松林为(0.94±0.16)kg/m2,最低为旱冬瓜为(0.07±0.03)kg/m2,相差约13.4倍。     

江西南昌活可燃物含水率动态变化和预测模型

[目的]随着全球气候变暖,树冠火和极端火行为频繁发生,森林活可燃物含水率研究越来越受重视.然而,由于活可燃物含水率动态变化要比死可燃物含水率动态变化复杂,除气象要素外,还受本身理化性质的影响严重,因此目前关于活可燃物含水率的研究却很少.江西省森林资源丰富,森林火灾频发,但关于活可燃物含水率的研究几乎没有.[方法]以江西...     

昆明西山森林公园主要林型地表可燃物的潜在燃烧性

通过外业调查和实验室测定,以单位面积热量为关键指标,研究了昆明西山国家森林公园的华山松、云南油杉、地盘松、麻栎和旱冬瓜5个主要林型地表可燃物的潜在燃烧性。结果表明,地表可燃物潜在燃烧性最强的是华山松,其次为地盘松,最弱的是旱冬瓜,云南油杉和麻栎的潜在燃烧性很接近。5种林型地表可燃物的潜在燃烧性从强到弱依次为华山松、地盘松、云南油杉、麻栎和旱冬瓜。     

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。     

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。     

昆明主要森林可燃物含水率预测模型的研究

为了探究可燃物含水率的研究方法,以利于森林火灾监测系统的完善,于2016年当地防火期内进行,通过对昆明地区6块样地可燃物含水率的监测,同时收集样地相关的气象因子数据,建立气象要素回归模型,并评估其预测精度。结果表明:在自建模型中,死可燃物的预测模型适用性更好,活可燃物其含水率变化可能并不是单一的只受客观因素的影响,其自身的生命活动也会影响到其含水率的变化,使得含水率的研究更加复杂;坡向对含水率变化的影响并不明显;而对于模型外推,通过有限的20组数据对预测模型进行验证,对于死可燃物普遍表现出不错的适用效果,证明了模型有一定的使用意义。     

我国气象要素回归法预测地表可燃物含水率研究进展

地表可燃物含水率预测方法中气象要素回归法相对简单实用,其针对特定区域可燃物含水率预测结果准确并且适用性强。本文基于1988-2017年我国各个地区地表可燃物含水率研究现状,对我国东北地区,西南地区可燃物含水率、可燃物类型进行统计分析,主要概述了森林类型、可燃物类型、气象因子、取样数据及取样方法,并对未来我国回归法预测可燃物含水率研究发展动向进行了展望。     

沈阳地区主要林型地表可燃物载荷量及分布研究

森林地表可燃物载荷量分布是预防森林火灾的基本要素之一。根据沈阳地区林型特点,将油松人工林、刺槐人工林和天然杂木林3个林型作为主要研究对象,对其地表可燃物的载荷量从不同角度进行调查研究。结果表明:沈阳地区不同的林型地表可燃物总载荷量差别较大,其中天然杂木林和落叶松人工林的平均总载荷量分别为15.21thm~(-2)和12.48thm~(-2),杨树人工纯林总载荷量最小,仅为3.97thm~(-2);地表可燃物一般随林分密度的增加而呈增加趋势;地表可燃物载荷量与林龄相关性均不大;可燃物总载荷量分布与坡向直接相关,表现为阳坡载荷量大于阴坡载荷量;随着坡向由下向上,载荷量分布逐渐减小。     

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。     

华山松人工林凋落物层细小可燃物含水率预测模型研究

在防火期2~5级火险天气条件下,在华山松人工林测定了153组林内气温(x1)、相对湿度(x2)、凋落物表面温度(x3)、腐殖质层表面温度(x4)、凋落物层厚度(x5)、可燃物含水率(y)数据,建立了华山松林细小可燃物含水率预测的多元线性回归模型。分析表明,影响华山松林凋落物上层易燃可燃物含水率的因子依次为:x3>x2>x4>x1。应用该模型,可以用易于获取的火环境和可燃物因子来预测可燃物的含水率,为合理开展林火预测预报、计划火烧、营林用火等提供依据。     

可燃物含水率与气象因子相关关系预测模型的研究

可燃物含水率大小决定森林燃烧的难易程度。利用中科院长白山定位站提供的气象数据,通过可燃物含水率与气象因子的相关分析,筛选预测因子,并通过多元一次回归分析建立可燃物含水率与气象因子关系模型。结果表明,林内温度、相对湿度、降雨量、连续无降雨日数与可燃物含水率相关性较强,经数学检验,可燃物含水率模型模拟效果良好。     

江西南昌典型林分地表死可燃物含水率预测——方法优选与FWI适用性分析

亚热带针阔混交林是我国南方重要的植被类型,森林火灾发生次数多。对该植被类型的典型可燃物含水率将有助于提高火险预报的准确性。以位于该区域内的南昌市茶园山林场5种典型林分地表死可燃物为研究对象,通过对其含水率的连续观测,分析了死可燃物含水率与气象因子的关系。采用气象要素、FWI因子和两者的结果,区分不同含水率范围,分别建立的各可燃物3种预测模型。结果表明:研究地区防火期内可燃物含水率从11.8%到276.6%,只有1/4的时间低于35%,具备发生森林火灾的条件,其余的时间燃烧性都很低,平均火险不高。但最小含水率已低到10%左右,具备发生大火的潜在可能性。3种预测方法中,FWI模型误差最大,气象要素回归模型和混合模型误差相似,考虑到简单方便,该地区的含水率预测可以采用气象要素回归法。含水率小于35%时,模型MAE 2.25%~4.67%,平均3.73%;MRE 11.14%~23.73%,平均18.63%。含水率35%时,模型MAE 6.34%~18.33%,平均8.63%;MRE 10.49%~18.16%,平均14.43%。在全范围含水率时,模型MAE 7.46%~16.43%,平均10.51%;MRE 18.78%~23.64%,平均20.99%。FWI指标与研究地区可燃物含水率关系密切,也可以用于含水率预测和火险预报,如果考虑全国统一的预报模型,对于该地区,FWI系统是适用的,但为提高预测的准确性,应进行进一步的修正。     

森林地表可燃物含水率变化机理及影响因子研究概述

森林可燃物是林火发生的物质基础和首要条件,而可燃物含水率作为森林可燃物的重要特性之一,是森林火险天气预报的重要因子,是影响林火能否发生的直接因素,准确测定森林可燃物含水率对开展林火预报工作具有重要现实意义。分别阐述森林中活可燃物和死可燃物含水率的变化机理及温度、相对湿度、风、降水、太阳辐射和地形地貌等因子对其影响机制,为进一步开展可燃物含水率预测以及数据库构建提供重要依据。     

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。     

大兴安岭森林地表可燃物生物量与林分因子关系的研究

大兴安岭森林地表可燃物生物量与林分因子关系的研究邸学颖，王宏良，姚村人，王福生（东北林业大学）（塔河县防火办）（东北林业大学）（桦南林业局）１前言可燃物是森林燃烧的物质基础。大兴安岭地区属北方针叶林带，气候寒冷，林下微生物种类少，数量小，对地表可燃物...     

季节和降雨对细小可燃物含水率预测模型精度的影响

观察大兴安岭盘古地区的典型林分樟子松、白桦、兴安落叶松林的地表细小死可燃物含水率随不同季节变化的动态变化,应用气象要素回归法,分别使用无降雨数据、无降雨和有降雨混合数据及降雨数据,分春季、秋季和混合季节,建立了该地区森林地表可燃物含水率的统计预测模型,并研究了季节以及降雨对该类模型精度的影响。结果表明:季节和降雨对模型精度具有显著的影响,对于3种林型整体而言,混合模型的误差最大,可高达30%以上;秋季误差小于混合模型,大于春季预测模型;春季含水率预测模型精度最高,误差小于10%。无降雨模型预测效果最好,模型误差控制在3%以内,有降雨时段误差也可超过30%。如果采用区分季节和降雨时段建立可燃物含水率预测模型,据此做出的森林火险等级预报不会产生实质的影响,有助于提高火险等级预报的准确性。