贵州喀斯特生态系统典型针叶林地表火蔓延速度影响因子及预测模型

【目的】喀斯特生态系统农林交错,火源复杂,极易发生森林火灾,对喀斯特生态系统恢复等造成严重影响,研究该区域典型针叶床层平地无风条件下的林火蔓延速度,对于该区域植被恢复和森林防灭火工作具有重要意义。【方法】以喀斯特生态系统内3种典型针叶林下地表可燃物为研究对象,在室内平地无风条件下,构造与野外结构相似的针叶床层,以床层含水率、厚度和载量因子的不同梯度组合为变量,进行了188次点烧实验。【结果】(1)相同条件下,云南松和华山松针叶床层的林火蔓延速度没有显著差异,但显著高于马尾松针叶床层(P<0.001)。(2)可燃物床层含水率对针叶床层蔓延速度有显著的阻滞作用,床层厚度有显著的促进作用,床层载量对云南松和华山松针叶床层的蔓延速度有促进作用。(3)马尾松、云南松和华山松针叶床层林火蔓延速度的加式模型平均绝对误差分别为0.013、0.029和0.020 m/min,乘式模型的平均绝对误差分别为0.014、0.023、0.018 m/min,两种预测模型能解释75%以上的林火蔓延速度变化情况。(4)加式模型的外推误差的平均绝对误差和相对误差分别为0.108 m/min和42.50%,乘式模型外推效果优于加式模型,误差均值分别为0.086 m/min和28.20%。【结论】研究揭示喀斯特生态系统典型针叶林可燃物床层特征对林火蔓延速度的影响情况,3种针叶床层平地无风条件下蔓延速度较大,具有蔓延成灾的可能。综合预测精度和外推效果,建议选择乘式模型建立林火蔓延速度预测模型,为该生态系统内森林防灭火工作提供基础。

不同坡度条件存在隔离带燃料床地表火蔓延试验模拟研究

为了更好地了解斜坡条件下地表火势蔓延的特点和隔离带后的燃料引燃机制,开展了6种不同地形坡度(0°、10°、15°、20°、25°、30°)和5种不同隔离带宽度(5 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm)的地表火蔓延穿过隔离带的火行为试验研究。结果表明,在隔离带前地表火蔓延过程中,随着坡度增大,火焰由平坡时向已燃区偏倒逐渐过渡为向未燃燃料贴附,火蔓延速率、火焰长度和热流特征值均增大,火焰倾角减小。同时,在隔离带有效时,带后燃料表面温度和热流明显降低;而在隔离带失效时,带后燃料表面温度和热流与带前相比差异不大,且带后燃料温度按测点顺序依次升高。在坡度一定时,带后燃料表面温度和热流随隔离带宽度增大而减小;在隔离带宽度一定时,带后燃料表面温度和热流随坡度增大而增大。

宽度和载荷对沟槽地表火蔓延特性的影响

为探究燃料床的宽度和燃料载荷对沟槽地表火蔓延燃烧特性的影响,设计了宽度分别为10、15、20 cm的燃料槽,分析了不同宽度和载荷条件下地表火蔓延速度、火焰高度和夹角、质量损失、滞留时间等燃烧特性的变化规律。结果表明,载荷越高,燃料的质量损失速率越大;相同载荷下,沟槽宽度越小,燃料消耗率越高。燃料槽侧壁使卷吸受限,火线成线性。火蔓延速率随宽度增加而增大,火焰高度随宽度和载荷增大而增大。在高载荷的情况下,火蔓延过程中产生大量可燃烟气,火焰形成向火蔓延方向的火焰夹角。

北京门头沟区主要林分类型地表火行为模拟研究

【目的】地表火是最常见的林火类型,直接影响植被更新和生态系统的养分配置与循环。反映林火行为的常见指标有火蔓延速度、单位面积发热量、火强度和火焰高度。根据实际林分和立地条件进行火行为模拟,可以揭示林火发生条件,并有效判断树冠火发生的可能性,为林火的预防和扑救决策工作提供科学依据。【方法】选取北京市门头沟典型林分(刺槐林、油松林、侧柏林)为调查对象,每个林分设置5块样地,共计15块样地。通过野外调查获取可燃物载量(灌木可燃物、草本可燃物、1时滞可燃物、10时滞可燃物、100时滞可燃物)、林分因子(第一活枝下高、第一死枝下高、树高、胸径、郁闭度)和立地因子(海拔、坡度、坡向、坡位)数据,使用BehavePlus6软件,基于气象参数和可燃物参数,模拟不同燃烧条件下不同林分类型的火行为指标,分别为地表火蔓延速度、单位面积发热量、火线强度和火焰长度;使用R语言进行主成分分析,根据贡献率探讨林分因子、立地因子和可燃物因子对火行为的潜在影响。【结果】侧柏林、刺槐林和油松林的可燃物总载量分别为15.35、17.59、15.28 t/hm^(2),其中易燃可燃物载量(即上层枯叶、易燃草本、1时滞可燃物)分别是4.55、4.41、6.18 t/hm^(2),分别占林分总可燃物载量的29.6%、25.1%、40.4%。防火期内门头沟区的平均风速为2.2 m/s(7.9 km/h),地表火蔓延速度油松林>侧柏林>刺槐林,速度分别达11.5、11.1、8.0 m/min。单位面积发热量油松林>侧柏林>刺槐林,分别为23 091、21 155、18 413 kJ/m;火强度油松林>侧柏林>刺槐林,分别为4 426、3 882、2 468kW/m;油松林火焰高度变化范围分别是0.89~3.40 m、1.34~2.91 m、1.78~3.88 m,同等条件下火焰高度油松林>侧柏林>刺槐林;8级大风天气下(风速17.9 m/s,64.4 km/h),地表火行为的模拟结果会略有改变,侧柏林的火蔓延速度更快、火强度更高,油松林、刺槐林次之。根据主成分分析的因子贡献度,分别得出影响3种林分火行为的主成分,侧柏林、刺槐林与油松林的第1与第2主成分分别为可燃物构成(可燃物载量及影响其分布的地形因素)与林分因子、可燃物构成与可燃物含水率、林分因子与可燃物含水率。【结论】(1)易燃可燃物载量是影响林分火行为的关键因子。(2)可燃物含水率对火行为指标的数值起决定作用,可燃物含水率的临界值影响林火发生类型。可燃物湿润时无论风速大小,林地难以起火;可燃物干燥时处于易燃状态,大风天气时容易发生蔓延快、强度高的地表火。(3)可燃物连续性是决定地表火发展成为树冠火的关键因素,火焰高度大于第一活/死枝下高,极有可能从地表火发展成为树冠火,扑救难度极大。建议需定期修枝割灌,清理林下可燃物,降低火险。

地表火对红花尔基沙地樟子松种群空间分布格局的影响

利用全林木定位的方法,对地表火干扰1年后的樟子松(Pinus sylvestris L.var.mongolica Litv.)林进行调查,并通过假设检验和成对相关函数对其林火及林分结构特征和空间格局进行分析。结果表明,林火强度相似的同一场地表火干扰下,不同林分的密度均大大降低,胸高断面积仅略有下降,林分结构特征则有趋同的态势。不同林分的空间格局也有相似的变化趋势,烧死木均表现为显著的双尺度聚集分布及显著的正相关,活立木也表现出显著的正相关;地表火干扰前后,樟子松林的空间格局均为显著的聚集分布,但地表火干扰后其聚集分布的尺度范围变小;存活林木中,大树和幼树则呈现出相互独立或略微排斥的关系。显然,地表火驱动下,不同樟子松林的空间格局呈现出相似的变化趋势,并推动其向着成熟林方向演替,这对天然樟子松林的资源保护和经营管理有着重要意义。

森林地表火火行为预测预报系统

本文从地表火蔓延的本质入手，建立了一整套求解地表火行为特征量的数学模型，并运用现代软件编制技术，成功地编制出预测预报地表火行为的计算机软件。该系统能预测复杂地形、气象条件和可燃物分布情形下，火蔓延过程中不同阶段的火行为状况。算例结果表明，系统在预测结果的合理性和准确性等方面优于美国的BEHAVE程序。

地表火燃烧参数及其火头前影响区的实验研究

通过两次地表火模拟实验，测量了地表火的主要燃烧参数，包括火蔓延速度、火焰高度、火墙厚度以及地表火火头前方的风速和温度，并计算得出对应的火线火强度．通过相关分析和回归分析，得出了以下结论：在火头前方空气中某点温度主要取决火强度和该点与火头的距离；离火头较近时辐射起决定性作用，在离火头距离小于２５ｍ以后，随着火头的接近，火头前方的风速有增大的趋势；对于９００ｋＷ·ｍ－１左右的中能量地表火，火头卷吸作用的范围大于６．５ｍ．定性地说，蔓延速度快，火墙厚度就增大．

承德县人工针叶林地表枯死可燃物参数估测及潜在地表火行为评价

The dead surface combustibles of artificial coniferous forests in Chengde were focused in this paper.Predicting models between fuel loading and the stand and landform factors,as well as between water ratio of combustibles and weather factors were established with a regression analysis method.The models were effective in calculating fuel loading and water ratio.Fuel loading,water ratio and thickness of combustibles are regarded as the parameters of potential surface fire behavior.Based on a cluster analysis,the potential surface fire behavior of different forest lands was divided into 3 classes:strong,medium,or weak surface fire.The results indicated that most of artificial coniferous forests were in the status of medium surface fire,the risk of surface fire of mixed forests was lower than pure forests,and that of sapling forests and half-mature forests was higher than near-mature forests.

森林地表火蔓延边界预测预报图形显示系统

地表火蔓延状况的预测预报是森林防火灭火工作中的一项重要技术。目前，国外在预测火场扩展边界的形状及分布时采用了火场椭圆面假设，当可燃物、地形或气象条件复杂变化时，预测结果偏差较大。本文从地表火蔓延的本质入手，建立起确定复杂地形、气象条件和可燃物分布情形下的火蔓延边界的数学模型，并借助于现代软件编制技术，成功地编制出预测预报地表火蔓延边界的图形显示系统，率先实现了对任意情形下火蔓延边界的合理、准确的估算。

对两个森林地表火蔓延改进模型的研究

经过几十年的探索,国内外林火研究人员利用室内试验及野外火烧试验,对不同环境下森林地表火蔓延模型进行了研究,总结推导出许多地表火蔓延的经验模型及半经验模型.该文简要回顾了地表火蔓延模型研究的发展过程.在实际应用中,减少模型的参数可以简化计算.一些研究者针对较常用的Rothermel模型,在火场蔓延形状及蔓延速率计算公式的改进上做了有益的尝试.该文针对其中的两个改进方法提出了一些观点,认为其中一个算法与原算法相比,改进不大,而另一个改进算法则在推导过程中存在逻辑上的错误.

地表火蔓延的真实感仿真

地表火蔓延的计算机仿真在火灾的扑救、预防及评估等方面具有重要的应用价值。现有的研究大多偏重于火焰蔓延的数值模拟和简单可视化,影响了人们对火灾蔓延的直观认识和临场感。提出了一种基于图形绘制技术的地表火蔓延的真实感仿真技术。首先,根据地表火蔓延的物理规律,并考虑到地形、气候和可燃物等因素的影响,提出了一种基于Rothermel模型的地表火随时间变化蔓延的建模方法。然后,采用基于GIS地形数据和高程图绘制相结合的方法绘制场景地形。再改进传统的粒子系统绘制技术对火焰进行真实感绘制。该方法可以通过变化不同的参数而富有真实感地再现不同环境条件下地表火蔓延场景,能够为灭火决策提供依据。最后,文中给出了不同条件下地表火场景的绘制结果。

地表火干扰时间序列上樟子松林竞争强度的变化

林火是樟子松林重要的干扰因子,通过空间代替时间对地表火干扰时间序列上的天然樟子松林进行全林木定位调查,以单木竞争模型分析林分不同组分的竞争强度,通过Kriging法估计了火后林下更新幼树的密度。结果表明,存活林木各组分的竞争强度均显著地降低;地表火干扰12 a后存活林木各组分的竞争强度均比火后1 a存活林木相应各组分的竞争强度显著地降低;另外,火后更新幼树也更多地趋于地表火干扰形成的林隙中。因此,地表火干扰时间序列上林木竞争强度显著的持续降低,火后存活个体将有更充足的可利用资源和环境,林火成为樟子松林发育演替的重要驱动力。

不同烈度林火对油松林潜在地表火行为的影响

油松是我国华北地区代表性树种之一,含有丰富油脂,容易引发大面积高烈度森林火灾。阐明不同烈度林火对油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为的影响,对于油松林林火管理具有重要意义。以辽河源自然保护区2014年不同烈度林火干扰后油松林分为研究对象,根据不同烈度(重度、中度、轻度)和对照(未过火)分别设置3块20 m×20 m样地,共12块样地,调查地表可燃物和林分结构指标,结合室内实验,利用BehavePlus 5.0软件进行潜在火行为模拟,探讨不同烈度林火5年后油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为特点,并分析影响潜在地表火行为的主要因素。研究结果表明:(1)不同烈度林火之间,细小可燃物负荷量和地表可燃物总负荷量均不存在显著性差异(P>0.05)。(2)不同烈度林火后,在不同风速和可燃物含水率条件下,油松林潜在地表火蔓延速度、火线强度不存在显著性差异(P>0.05),单位面积发热量、火焰高度、反应强度存在显著性差异(P<0.05)。(3)不同烈度林火后油松林潜在地表火行为主要受油松更新幼苗基径、灌木负荷量、油松平均冠幅、上层枯叶负荷量、油松更新幼苗密度的影响。研究结果表明不同烈度林火均可以降低再次燃烧的火烈度和风险。

地表火对呼伦贝尔沙地樟子松林林下植物多样性的影响

选择无地表火发生、当年发生地表火和地表火发生后12 a的天然樟子松林分,利用多尺度、面积1 000 m2改进的Whittaker样方,研究了地表火对呼伦贝尔沙地天然樟子松(Pinus sylvestrisL.var.mongolica Litv.)林林下植被多样性的影响。结果表明,各林分所有林木的平均胸径(DBH)差异极显著(P<0.01)。在1 m2样方尺度上,3种林分的林下植被盖度有极显著差异(P<0.000 1),其中地表火发生后12 a的林分林下植被盖度最低(32.0%)。在面积1和10 m2样方尺度上,各林分林下植被的α多样性有显著差异(P<0.05),且以当年发生地表火的林分林下植被丰富度最高;不同功能群植物(包括木本植物、禾本科植物和非禾本科草本植物)的α多样性也仅在小尺度上有一定的差异。林下植被的β多样性随火后持续时间的延长不断增加,无地表火发生的林分β多样性最高。间接梯度分析(DCA)结果表明,当年发生地表火的林分中植物种类较多,林下植物均表现出从偏旱生到偏湿生、沿水分梯度分布的趋势。因此,樟子松林下植被多样性仅在小尺度上对地表火干扰产生响应,随着时间的推移其多样性趋于一致,表明天然樟子松林的林下植被具有抵御地表火干扰的能力。

呼伦贝尔沙地樟子松空间格局对地表火干扰的响应

利用全林木定位方法,对地表火干扰后樟子松林的残桩、倒木、枯立木和活立木等各林木组分进行了调查。Ripley’sK函数分析表明,地表火干扰后12年内樟子松的空间格局均表现为显著的均匀分布,且不同阶段樟子松均匀分布显著的尺度范围的变化幅度较小。地表火驱动的林分稀疏过程中,残桩和枯立木均表现出显著的聚集分布,而倒木的空间分布格局则是随机的。双变量分析也表明,活立木与残桩、全部死亡林木之间相互排斥显著,而活立木与倒木、枯立木间则是相互独立的。短期内,地表火成为樟子松空间格局变化的主要驱动力;随着时间的推移,这种作用会逐渐衰减并为其他因素所代替。因此,地表火改善了林分结构,使樟子松的空间格局更趋于均匀,有利于存活林木的生长发育,并加快林分向成熟林演变的进程。

低强度地表火对马尾松次生林物种多样性的影响

采用样地调查法对低强度地表火干扰样地马尾松次生林的物种多样性进行了调查.结果表明:对照样地马尾松林乔木层的重要值为68.1,而火干扰样地马尾松的重要值下降到51.4;火干扰样地内物种和植物个体数目均高出对照样地,分别为对照样地的118%和108%;对照样地内Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度分别为3.01、11.21、10.30、0.74,火干扰样地的分别为12.13、5.61、26.13、0.84;火干扰样地各层和所有植物的均匀度值显著提高,乔木层、灌木层、草本层的均匀度分别由0.71、0.83、0.55提高到0.81、0.89、0.72.火干扰样地中的灌木层马尾松个体数量增加,说明低强度地表火可以增加马尾松林生物多样性和促进马尾松林的更新.

地表火对桉树人工林生长的影响

对2005年12月发生在广州地区桉树人工林火烧林分的调查表明:不同类型地被物产生的地表火的强度不同,对桉树造成的烧伤程度亦不同;各种地被物的组成中,形成的地表火强度由强到弱顺序为五节芒+芒萁>五节芒+芒萁+锡叶藤+假鹰爪>芒萁+白茅>芒萁+桃金娘+车轮梅;低度的地表火对桉树的高生长有促进作用,而中度、高度和强度地表火对桉树高生长不利.

地表火对宝天曼栎类森林生态系统服务功能的影响研究

2008年4月至2010年6月采用时间序列代替空间序列的方法,对宝天曼栎类森林生态系统服务功能受地表火影响在不同时间的涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物保育、积累营养物质、负离子提供和森林病虫害防治等7个方面进行了初步评估。结果表明,地表火干扰造成宝天曼栎类森林生态系统服务功能损失的价值在时间序列上依次为1年是24.95万元.hm-2,5年是11.68万元.hm-2,10年是4.91万元.hm-2,15年是0.68万元.hm-2;各项服务功能价值量损失排序为保育土壤>涵养水源>病虫害防治>固碳释氧>积累营养物质>净化大气>生物保育,其中保育土壤和涵养水源两项的损失占总损失量的70%左右,这表明地表火主要影响宝天曼栎类森林生态系统中的保育土壤和涵养水源功能。

面向目标的森林地表火蔓延估计模型与方法

提出了建立面向目标的两维森林地表火蔓延估计系统新思想,从实际工程的角度出发,针对具体的应用目标,给出了建立面向目标的林火蔓延估计系统的基本方法和应考虑的因素,综合应用航空、航天遥感影像所提供的森林可燃物特性及DEM提供的坡度坡向信息,形成一种集林火蔓延估计模型及多重信息于一体的面向目标的林火蔓延估计预测系统,以期能改善实验室模型的代表性误差及由信息缺乏而带来的准确性误差,使系统针对具体的应用目标,有一定的实用价值和学术价值。

浅地表火区探测与治理

矿井火区探测对于矿区火灾早期预报、日常管理和灾后救灾工作均具有重要的指导意义。但是由于浅地表火区火源的隐蔽性以及与地表间存在着漏风通道,使得对高温火源位置的精确探测成为一项难题。针对某矿22301工作面上覆的1#火区出现复燃的情况,采用了红外成像与同位素测氡法探测相结合,得出1#火区的测值立体图和异常等值线图,确定了火区的面积,对1#火区进行剥离、注浆注水以及黄土覆盖的措施,取得了较好的灭火效果,保证了22301工作面的安全回采。