小兴安岭12种灌木的燃烧性研究

为比较黑龙江省小兴安岭12种典型灌木树种燃烧性差异,对生物防火树种筛选和配置提供参考,以黑龙江省小兴安岭地区12种灌木植物为主要研究对象,分别测定其干、枝、叶燃烧性指标,采用层次分析法(AHP)构建灌木植物燃烧性层次结构模型,确定燃烧性各指标权重,计算灌木不同器官燃烧性数值,结合专家打分法确定灌木各器官权重占比,得出12种灌木燃烧性排序。研究结果表明,整株的燃烧性最强的为刺玫果,最弱的为忍冬;干最易引燃的为接骨木,最难引燃的为忍冬;枝最易引燃的为接骨木,最难引燃的为忍冬;叶最易引燃的为刺五加,最难引燃的为红柳。研究结果可为小兴安岭地区灌木树种燃烧性研究提供理论依据,为林火预测预报、林火行为预报、可燃物管理等研究和应用提供有效的支持。

红松人工林地表火排放PM_(2.5)及其水溶性碳特征

【目的】研究火干扰对野火排放PM_(2.5)质量浓度的影响,并了解野火排放PM_(2.5)参与大气碳循环的潜在能力,探究了火环境条件、火行为因素对野火排放PM_(2.5)质量浓度及其水溶性碳的影响,可为揭示野火干扰—野火排放颗粒物—大气环境之间的多过程相互反馈关系提供科学依据,对进一步量化野火对大气环境的影响有重要意义。【方法】本研究以红松人工林地表可燃物为实验材料,通过开展不同载量,含水率,坡度预设条件的模拟燃烧实验,量化火焰高度、火焰长度、火焰深度、燃烧效率等火行为和火环境因素对PM_(2.5)、水溶性碳的影响。通过单因素方差分析、多因素方差分析、相关分析、随机森林回归重要性排序等方法分析火环境对火行为的影响,火环境、火行为对PM_(2.5)、水溶性碳质量浓度的影响。【结果】可燃物载量极显著影响PM_(2.5)、水溶性碳质量浓度(P<0.01),可燃物含水率显著影响水溶性碳质量浓度(P<0.05),但对PM_(2.5)质量浓度未产生显著影响(P>0.05),坡度对PM_(2.5)、水溶性碳质量浓度均未产生显著影响(P>0.05);可燃物载量与火行为呈显著正相关(P<0.05),可燃物含水率与火行为呈显著负相关(P<0.05),坡度仅显著影响火焰深度(P<0.05);通过随机森林回归分析,对PM_(2.5)质量浓度影响较高的有火焰高度(39.12)、床层厚度(36.27)、火焰深度(35.01)、火焰长度(30.76),对水溶性碳质量浓度影响较高的有床层厚度(40.05)、火焰高度(31.98)、火焰长度(31.06)。【结论】红松人工林地表可燃物燃烧排放的PM_(2.5)及水溶性碳质量浓度特征显著地受到火行为的直接影响和火环境的间接影响。火环境能间接影响野火排放PM_(2.5)质量浓度和水溶性碳。火干扰可以通过影响野火排放PM_(2.5)质量浓度和水溶性碳对野火区域及其周边地区的生态环境造成持续性影响。

基于SWOT的森林防火建设分析及其对策——以浙江省诸暨市为例

在森林火灾风险普查成果基础上,基于SWOT分析法对诸暨市近年来的森林防火建设进行分析,研究了诸暨市森林资源及其防火建设现状,分析了诸暨市森林防火的优势和劣势以及森林防火建设的主要挑战和机遇。在综合分析基础上,通过不同组合排列构建SWOT分析矩阵,形成分析结论:在森林防火建设中应发挥内部优势,利用外部机会,弥补内部不足,规避外界威胁,首选增长型战略;诸暨市森林防火建设优势优于劣势,机遇大于威胁,据此提出适合当地的发展对策,进而为县级森林防火规划及建设提供参考。

基于隐马尔可夫模型的火灾风险评估研究

近年来全球气候变化越来越复杂,自然灾害频发,森林防火形式日益严峻,森林火灾风险评估工作越来越重要。为此,基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)提出一种森林火险评估模型。首先构建森林火灾风险指标体系,将其分为气象条件、森林特征以及防火意识和能力3类12个指标,并根据层次分析法计算指标权重。同时,针对HMM模型求解过程中Baum-Welch算法对初始值有较强的依赖性且容易陷入局部最优的问题,提出通过粒子群优化算法搜索全局最优解作为HMM初始值,再使用Baum-Welch算法进行局部校正,使其快速收敛到全局最优解。利用优化前后的2个模型分别对重庆市森林火灾风险数据开展评估,验证优化后的模型能够有效地评估森林火灾风险,并且与改进前相比更精确,可为区域森林防火工作提供有效指导。

气象要素与潜在林火风险关联性研究

为探究川西南地区复杂气候与森林火灾之间的关联性,以四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县(以下简称“四川省凉山州木里县”)为例,通过局部规模的气象异常值变化,分析了各气象要素与森林火灾的潜在联系性。再通过FWI与FFDI,分析木里县历史火险变化,验证了其与木里县森林火灾的关联性。结果表明:森林火灾发生前后气压、气温、湿度、风速、蒸发量出现不同周期的连续增加(或衰减)。同时,木里县森林火险指数FWI与FFDI呈现出年际震荡且逐渐增大的趋势,且木里县林火频数与FWI的年均相关系数(46.9%)、月均相关系数(80.7%)均大于FFDI(年相关系数38.7%、月相关系数53.1%)。此外,林火风险值出现极端异常还与同期(或同年)发生的气候事件密切相关。因此,气候异常事件所导致的持续高温、低湿、多风的气象条件是森林火险等级快速升高或重大森林火灾事故的本质原因之一。

基于可燃物特征的塞罕坝林场人工林小班森林火险区划

【目的】以塞罕坝机械林场为例,建立一种基于可燃物特征的森林火险区划方法,为林场尺度火险区划提供借鉴。【方法】选取15个火险影响因子,运用层次分析法(AHP)、专家打分法和判断矩阵法获得小班尺度引燃危险、火强度危险和综合火险的因子权重,以小班调查数据和可燃物理化性质测定数据为基础,计算每个小班的引燃危险指数、火强度危险指数和综合火险指数;采用聚类分析法和ArcGIS技术,得到林场内引燃危险、火强度危险和综合火险的等级区划图,分析林场区域的火灾发生危险性。【结果】1)在塞罕坝机械林场,引燃危险等级极高(Ⅴ_(Y))区域面积占林场总面积的9.21%,主要零散分布于林场西部、南部和中部;高(Ⅳ_(Y))和较高等级(Ⅲ_(Y))分布区域较广,全区均有分布,较高以上等级(Ⅲ_(Y)、Ⅳ_(Y)、Ⅴ_(Y))面积占比67.95%。2)火强度危险极高等级(Ⅴ_(Q))面积最大,占林场总面积的46.42%,其次是高等级(Ⅳ_(Q)),面积占比26.38%,二者面积之和占比72.8%,集中在林场南部和西部;较高等级(Ⅲ_(Q))面积占比7.95%,主要分布在东部。3)综合火险等级高(Ⅳ_(Z))和较高(Ⅲ_(Z))面积占比大,分别为29.07%和28.12%;极高等级(Ⅴ_(Z))面积占比也达19.13%;较高以上等级(Ⅲ_(Z)、Ⅳ_(Z)、Ⅴ_(Z))区域面积总占比为76.32%,主要分布于林场西部、南部和中部。【结论】基于层次分析法、聚类分析法和ArcGIS技术的火险区划方法,能在小班尺度很好地进行森林火险分类,得到引燃危险、火强度危险和综合火险区划,对林场等级的可燃物管理有参考价值。塞罕坝机械林场综合火险等级很高,特别是西部、南部和中部;林场火强度危险等级极高(Ⅴ_(Q))和高(Ⅳ_(Q))的区域面积很大,一旦着火极易引发高强度森林火灾。引燃危险等级高和火强度危险等级高的区域并不完全重合,需在引燃危险等级高的区域内加强火源管理和易燃可燃物管理,降低火发生概率,建议在火强度危险等级高的区域和引燃危险等级高的区域之间规划隔离带,以有效阻滞可能发生的林火向火强度危险等级高的区域快速蔓延,防控大火巨灾发生。

基于MODIS数据的全国林灌草火点时空特征分析

【目的】为在空间、时间尺度上对我国全域林灌草火灾发生特征有清晰的认知,进而对森林草原火灾预防决策提供参考。【方法】选用2003—2022年MODIS卫星火点数据产品和土地覆盖数据产品,以全国陆地区域作为研究范围,利用优化的热点分析方法来分析林灌草火点的空间分布特征;统计分析年际、月度以及我国传统节日林灌草火点的时间分布特征,并采用Mann-Kendall趋势分析法从年际、月度分析林灌草火点的时间变化趋势。【结果】1)林灌草火点的稠密区域主要分布在我国的广东省、云南省、广西壮族自治区和黑龙江省,稀疏区域主要分布在我国的河南省、河北省和山东省。2)属于草的卫星火点数量最多,主要发生在春季和冬季;属于灌丛的火点数量最少,主要发生在夏季。3)卫星火点数量在我国七大传统节日中占比排名前三的是:春节、清明节、劳动节。4)2003—2022年的年际和月度林灌草火点数量呈现波折起伏的走势,在年际变化上,2015年为全国火点数量发生突变年;在月度上,5月是火点数量发生突变的月份。【结论】1)我国南部火点稠密,中东部火点稀疏,且2003—2022年疏密区域未发生明显迁移,因而在实施防火部署时可进行差异化管理。2)春、冬两季草地分布的区域以及阔叶林分布区域在春、夏两季需加强防火管理。

火干扰和黑炭输入对油松林生长季土壤甲烷通量的影响

【目的】火干扰作为森林生态系统中一个重要的扰动因子,对森林土壤性质及结构都会产生剧烈作用,而森林土壤又是大气CH_(4)最重要的汇,因此火干扰对森林土壤CH_(4)通量的影响是不可忽视的。同时在林火发生后由于植被的不完全燃烧也会产生大量黑炭。黑炭是一种具有多孔结构的芳香化合物,进入土壤后可以影响土壤孔隙度、pH等理化性质从而改变土壤结构,因此常被用作土壤改良剂减少农田土壤CH_(4)的排放,但对于火后黑炭输入是否可以影响森林土壤CH_(4)通量及其影响因素尚不明确。【方法】以沈阳棋盘山地区油松林作为研究对象,探究火干扰和黑炭输入后土壤CH_(4)的动态变化及其影响因素。【结果】1)火干扰会增加油松林生长季土壤CH_(4)通量,其中重度火烧样地土壤CH_(4)通量显著高于对照样地及轻度火烧样地。2)黑炭输入会降低油松林生长季土壤CH_(4)通量,且随着黑炭输入量的增加,土壤CH_(4)通量降低的幅度也会增加。3)火干扰强度对土壤CH_(4)通量具有直接的极显著正向作用,解释了46.9%(P<0.001);黑炭输入对土壤CH_(4)通量具有直接的显著负向作用,解释了8.8%(P<0.05);MBC和MBN对土壤具有直接的极显著正向作用,分别解释了29.0%、49.3%(P<0.001)。【结论】火干扰会显著增加土壤CH_(4)通量,黑炭输入可以在一定程度上减缓火干扰对土壤CH_(4)通量的影响,并且火干扰和黑炭输入主要通过改变微生物生物量影响土壤CH_(4)通量。研究为如何降低火后温室气体排放,从而改善火烧迹地的生态环境以及火后林下管理提供了理论依据。

陇南市主要森林类型死可燃物特征及危险性评价

【目的】探究陇南市主要森林类型死可燃物特征,并对森林火灾危险性进行评估,为区域森林火灾预防提供理论支撑。【方法】以陇南市4种主要森林类型为研究对象,分析不同森林类型死可燃物载量、干鲜比、平衡含水率、燃点和热值差异,并采用隶属函数模糊评价法对不同森林类型火灾危险性进行评价。【结果】4种森林类型死可燃物总载量呈油松林>落叶松林>栎类林>华山松林,且油松死可燃物总载量(16.02 t/hm2)显著高于其他3种森林类型(P<0.05),死可燃物中腐殖质和枯落物1载量显著高于枯落物2和枯落物3(P<0.05)。油松枯落物1死可燃物干鲜比显著高于落叶松(P<0.05),枯落物2死可燃物干鲜比最高(58.21%~66.47%),腐殖质最低(51.29%~55.56%)。栎类死可燃物平衡含水率最大,落叶松最小;枯落物3死可燃物平衡含水率最高(16.78%~20.38%),腐殖质层最低(12.22%~13.86%);死可燃物平衡含水率与可燃物直径成正比。腐殖质燃点显著高于枯落物,热值则与之相反(P<0.05)。隶属函数模糊评价结果表明4种森林类型中油松火灾危险性最大,其次是栎类和落叶松,华山松最低。【结论】不同森林类型和组分死可燃物载量、干鲜比、平衡含水率、燃点和热值存在差异。油松可燃物总载量最高,燃点和平衡含水率最低,导致其火灾危险性最大,因此在陇南市森林的经营和林火预防工作中,应加强对油松林可燃物管理。

滇西北地区典型苔藓植物的引燃特性研究

为研究地表苔藓植物的引燃特性,以滇西北地区广泛分布的多蒴曲尾藓、锦丝藓为试验对象,以香烟和柱香作为引火源,在森林防火紧要期,研究了2种苔藓植物在不同试验条件下的引燃率。利用SPSS Statistics 27.0建立多元线性回归方程,并对该回归方程进行了检验。分析结果表明,各影响因素对多蒴曲尾藓引燃率影响程度大小排序为热释放速率>火源燃烧速率>苔藓含水率>火源直径>气温>相对湿度,对锦丝藓引燃率影响程度大小排序为苔藓含水率>气温>火源燃烧速率>火源直径>相对湿度>热释放速率。多蒴曲尾藓、锦丝藓模型拟合优度分别为0.820、0.893。通过残差分析得知,多蒴曲尾藓、锦丝藓引燃率预测结果误差分布为±8.895%、±5.845%。研究结果可以为滇西北地区地表可燃物的管理、火险预警等提供依据,为深入开展苔藓植物的火灾风险辨识与评价奠定基础。

北京西山林场侧柏林可燃物含水率及林火预测

以北京西山林场侧柏林为研究对象,对选择林分的特征进行调查,经内业试验对侧柏林地表细小可燃物含水率进行测定,选择通过Pearson相关性分析呈显著的气象因子为拟合变量建立细小可燃物含水率模型,根据引燃试验建立地表火发生概率模型,同时结合Cruz树冠火发生模型,利用实际气象条件对地表火与树冠火发生概率的动态变化进行分析。结果表明:侧柏林细小可燃物含水率模型预测效果较好;防火期内,侧柏林发生地表火的概率较大,而不同样地发生树冠火的概率差别较大,在风速较大时发生树冠火的概率较大。

兴安县森林防火浅析

从广西壮族自治区兴安县县情出发,阐述了兴安县森林防火现状,分析了森林防火工作存在的问题,并针对所存在的问题提出了相关的建议和对策。

基于改进CycleGAN的林火图像烟雾滤除算法研究

森林火灾现场的烟雾易遮挡火场要素信息,从而严重干扰火点定位等遥感技术手段的实施。本文提出了一种用于火场非均匀烟雾滤除的改进CycleGAN网络算法。该算法组合小波变换分支与包含Res2Net模块、注意力模块的知识蒸馏分支形成生成器,引入PatchGAN网络作为判别器,同时在CycleGAN基础上增加了感知损失和映射损失函数。该算法实现了火场细节的恢复,可有效去除林火图像伪影。为了验证模型有效性,基于国际典型数据集NH-HAZE及中尺度点烧试验数据集,对比了该算法与现有去雾算法的效果。结果表明:该算法去雾效果对比现有模型有了显著改进(与第二名相比,PSNR、SSIM值分别至少提高了2.40 dB和2.07 dB,0.02和0.15),能够提升森林火灾遥感监测质量,可以为森林火灾消防决策提供更丰富、有价值的火场关键信息。

差异纹理条件下木材燃烧性能研究

为探究不同纹理木材火焰燃烧特性,选择了5种常见木材,搭建试验装置,设计15组试验,从质量损失速率、最大火焰高度、燃烧时间等方面,分析了横向、竖向、斜向纹理木材的燃烧特性。结果显示:木材的质量损失速率与纹理有关,纹理对松木燃烧时的最大火焰高度影响最小,对杉木影响最大;榉木燃烧持续时间比其他4种木材长,杉木燃烧持续时间相对较短。研究结果有助于更好地掌握纹理对木材燃烧火焰特性的影响,为木结构建筑选材及火灾防治提供理论支撑。

配电线路单相触树炭化蔓延特性分析

针对配电线路单相触树引燃贯穿问题,搭建真型试验平台进行触树炭化蔓延特性分析。首先,分析单相搭接树干引燃植被演变过程及其泄漏电流、电压、阻抗和温度特性,并界定了初始搭接、水分蒸发、明火蔓延、燃烧贯穿4个发展阶段。然后,试验发现火焰在炭化痕迹上形成,进而分析了炭化蔓延贯穿速率对阻抗、电流变化的影响规律。最后,考虑自然生长植被粗细,研究得到山茶树直径由52.77 mm减小到30.17 mm时,蔓延速率升高了119%;进一步从木材的电学性质(击穿场强)及热传导角度(热容量)揭示尺寸与蔓延速率呈负相关的机理。

10 kV线路下方森林火灾成因分析及试验研究

近年来,国内外因树线故障导致森林火灾的事故频发,因外在社会因素引发森林火灾,从而导致输配电线路跳闸的事故也层出不穷。本文针对10 kV配电线路下方森林火灾事故,从社会因素引发森林火灾和树线故障引发森林火灾两个角度出发,考虑了纯火焰、树线放电及放电后引发火灾等多种极端环境对导线表面痕迹的影响,通过配电网故障模拟真型试验平台,对极端环境下导线表面形貌变化进行试验研究,得到了火烧痕迹、树线放电一次痕迹以及二次痕迹。基于宏观法、显微法和图像特征提取法分析了各类痕迹的特征,并找到了鉴别树线放电一次痕迹的方法。研究结果表明:放电痕迹一方面是树线电弧直接侵蚀导线,另一方面是电弧间接转移炭渣至导线表面形成炭黑痕迹;树线故障初期未引发森林火灾时,导线表面仅有一次放电痕迹,相同条件下,松树放电使导线质量变化最明显,可增重0.59 g;树线故障末期引发森林火灾后,火烧痕迹会覆盖放电痕迹形成二次痕迹,擦拭表面痕迹后发现,一、二次痕迹灰度曲面相似且分形维数之差小于0.03。

多峰拟合模型分解平行反应的落叶松腐殖质热解动力学研究

腐殖质是森林地下火阴燃的主要对象,分析其热解特性、计算动力学参数,对于预测和扑灭地下火有重要的理论意义。本研究以落叶松林地的腐殖质为研究对象,利用热重分析仪进行3种升温速率下的热解试验,针对试验数据的动力学参数计算提出一种多峰拟合模型。模型基于失重速率和加速率曲线获得特征点,在特征点计算拟合峰,每条曲线得到4个拟合峰,利用其计算动力学参数。结果显示:拟合峰Ⅰ的活化能较低,对应DTG曲线第一个峰部;拟合峰Ⅱ、Ⅲ的活化能处于中等水平,对应DTG曲线的第一个肩部和第二个峰部;拟合峰Ⅳ的活化能最高,对应DTG曲线的最后一个肩部。模型的参数计算结果与Gorbatchev积分法计算的动力学参数区间吻合。对模型进行残差和拟合优度检验,拟合检验(F检验)的P<0.0001,均方根误差RMSE<0.005,拟合优度R2≥0.99。检验结果表明,多峰拟合模型能有效地分解腐殖质热解的子反应并计算动力学参数值,具有一定的理论意义和实践指导价值。

基于无模型拟合法和模型拟合法的樟子松松果热解动力学研究

利用TA Q600同步热分析仪,在空气氛围下,2~3 mg粒径为250~420μm的樟子松松果颗粒以10、15、20、25 K/min的升温速率线性升温至1073 K左右,采用模型拟合法(Coats-Redfern法、Zsako法、Satava-Sestak法)和无模型拟合法(KAS法、Doyle法、FWO法)对松果热解动力学参数进行求解和比较,计算反应活化能E值、指前因子A。结果表明:松果热解主要包括4个阶段,主要质量损失阶段失重率占85%以上。无模型拟合法得到平均活化能分别为74.3 kJ/mol(Doyle法)、71.8 kJ/mol(FWO法)、68.3 kJ/mol(KAS法),且KAS法的活化能与指前因子曲线拟合R 2>0.95;模型拟合法得到平均活化能为65.4 kJ/mol(Zsako法)、62.4 kJ/mol(Satava-Sestak法)、56.4 kJ/mol(Coats-Redfern),且Zsako法、Satava-Sestak法的平均活化能更接近无模型较准确的活化能,其中Satava-Sestak法的指前因子可反映热解反应机理的复杂性。建议将KAS法与Satava-Sestak法结合,更好地评价樟子松松果的燃烧性。

湖南省森林火灾驱动因子及火险区划研究

建立湖南省林区的森林火灾发生预测模型,为该省的林火防控和管理工作提供一定的理论依据。提取湖南省2016-2020年森林火灾热点监测卫星数据,利用ArcGIS 10.7软件建立与火点形成1:1数据的随机点,使数据符合二项分布,对日平均最高气温、日平均降水量、日照时长、海拔等24类驱动因子进行空间信息提取,并利用GWR 4.0软件进行GWLR预测,分析影响湖南省森林火灾发生的驱动因子,构建该地区的森林火灾发生预测模型,利用AIC值、BIC值、ROC曲线和AUC值进行模型拟合检验,对该地区进行火险区划。研究结果表明:“日平均风速”“日平均气压”“日照时间”“日平均气温”“日平均相对湿度”“海拔”和“归一化指数值”等9个变量是影响湖南省森林火灾发生的驱动因子;GWLR模型在湖南省森林火灾发生预测中拟合效果良好,模型的AUC值为0.966,最佳划分阈值为0.810;在火险区划中,中高火险地区主要集中在湖南省中部和南部地区,该区域应进一步加强护林防火的宣传教育、建立健全野外用火管控制度、加强重点火险区基础设施建设等森林火灾预防工作。

关于森林燃烧火行为特征参数的计算与表述

森林的燃烧过程极为复杂 ,火行为是森林可燃物燃烧的一系列现象的总和。国内外林火研究人员多年来致力于火行为特征的研究描述 ,在火场范围 (周长或面积 )、火焰特征、火强度、火头的蔓延速度等方面取得了一些显著的进展 ,其中火强度、火焰高度和火蔓延速度是林火行为的 3大指标。火行为直接受火环境的影响。