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。     

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。     

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%。     

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。     

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     

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。     

林火蔓延速率风因子模型适用性的研究

以红松人工林地表可燃物为材料,在实验室内的各级风速条件下,对火行为预测中争议较大的风因子预测模型进行了点烧实验及适用性分析,结果表明,风速在0.9~4.6 m/s时,现有风因子模型对红松林下可燃物而言,只有个别较为适用,其中含可燃物属性的复杂模型(Rothermel模型)适用性较强。     

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。     

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。     

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。     

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。     

昆明地区15种常绿森林木本植物离体叶的失水特征

基于特定条件下昆明地区阔叶林与云南松林、华山松林、地盘松林同样易燃的现象,选择昆明地区15种常见常绿木本植物的离体叶为研究对象,测定了鲜叶质量和在80℃干燥箱中0.5h,1h,1.5h,2h,3h,4h,5h,17h共8个时刻的质量,计算各时段的平均失水率、平均失水速率和各时刻平均含水率,分析了离体叶的失水特征。结果表明:15种离体叶失水速率均呈现出先快后慢的变化趋势,3种针叶保水能力强于12种阔叶。从失水角度看,3种针叶失水慢于12种阔叶,阻燃性强于后者。植物离体叶在热作用下的失水速率可以作为评价植物燃烧性的一个指标。     

3种天然混交林林下细小可燃物负荷量调查与分析

以松江河林业有限公司3种天然混交林为研究对象,对不同龄组林下地表细小可燃物负荷量进行调查与分析。结果表明：3种森林类型林下地表细小可燃物总质量138.5万t,森林火灾发生风险依次为针叶混交林>阔叶混交林>针阔混交林,森林火灾蔓延风险依次为阔叶混交林>针阔混交林>针叶混交林;5个龄组中森林火灾发生风险依次为中龄林>成熟林>过熟林>近熟林>幼龄林,森林火灾蔓延风险依次为成熟林>中龄林>近熟林>过熟林>幼龄林。对不同森林类型、不同龄组内林下地表细小可燃物分区施策,可有效降低森林火灾的发生风险。     

油茶苗存放方式与环境对造林成活率的影响

对油茶裸根苗起运后的存放方式和时间、温湿度环境与苗木失水速率及其栽植成活率的关系进行了研究。结果表明:在16℃以上的晴朗天气条件下,6 h内的短期存放可采取塑料袋包装和泥浆沾根等措施,长期存放一定要进行假植;假植的质量对成活率影响非常明显,粗放的假植其栽植成活率随时间的延长而下降,而高质量假植有恢复根系生长、提高栽植成活率的作用;存放环境温、湿度对苗木失水速率的影响结果为晴+高>晴+低>阴天>雨天。在同一时间内,晴朗温度较高的天气苗木失水程度是雨天的2.04倍("晴+高"失水程度为25.62%,雨天为12.55%);苗木在不同的温湿度条件下失水速率趋势基本一致,即初期失水速率最快,随后逐步下降并趋于平缓。影响油茶栽植成活率的因素多而复杂,只有依据环境条件严格采取保鲜措施,才能获得较高的造林成活率。     

吉林省主要森林类型地表凋落物燃烧性分析

选择吉林省17个主要森林类型的地表凋落物测定分析和点烧实验,根据对抽提物、灰分、燃点、热值、1 m2质量、床层高度、风干含水率、蔓延速度、火线强度、驻留时间和可燃物消耗比这11个指标,利用层次分析法和分层聚类,对17个主要森林类型燃烧性进行排序和分类,结果表明:易燃森林林型有2个,依次是白桦林、樟子松林;可燃森林类型有4个,依次是黑松林、针叶混交林、红松林和其他针叶林;难燃森林类型有11个,依次是针阔混交林、落叶松林、云杉林、臭松林、柞树林、阔叶混交林、其他阔叶林、胡桃楸林、椴树林、黄波罗林和杨树林。为不同森林类型地表凋落物火灾预防、控制方法提供重要依据。     

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。     

东北三种典型针叶树种可燃物烘干参数的确定及影响因素分析

本文拟通过室内控制试验确定对于不同样品采取什么样的烘干温度及时间,才能保证又快又好的完成样品的室内烘干处理。本文通过具体实验得出东北三种典型针叶树种(红松、樟子松、落叶松)在不同的湿度条件(100%、80%、60%、40%、20%)、时滞条件(1、10、100时滞)以及不同部位(树皮、树叶、地被物)在105℃下的烘干时间。使用正交实验法研究可知,红松所需要的烘干时间明显高于其他两种植物,排序为:红松>樟子松>落叶松,就时滞条件而言,烘干时间排序为100时滞>10时滞>1时滞,就植物部位而言,需要的烘干时间为:树皮>地被物>树叶。正交实验的结果可知,红松在100时滞条件下的树皮部分所需要的烘干时间最长,影响因素的大小依次为:时滞条件>植物部位>植物品种。     

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。