Prediction model of moisture content of dead fine fuel in forest plantations on Maoer Mountain,Northeast China

Preventing and suppressing forest fires is one of the main tasks of forestry agencies to reduce resource loss and requires a thorough understanding of the importance of factors affecting their occurrence.This study was carried out in forest plantations on Maoer Mountain in order to develop models for predicting the moisture content of dead fine fuel using meteorological and soil variables.Models by Nelson(Can J For Res 14:597-600,1984)and Van Wagner and Pickett(Can For Service 33,1985)describing the equilibrium moisture content as a function of relative humidity and temperature were evaluated.A random forest and generalized additive models were built to select the most important meteorological variables affecting fuel moisture content.Nelson’s(Can J For Res 14:597-600,1984)model was accurate for Pinus koraiensis,Pinus sylvestris,Larix gmelinii and mixed Larix gmelinii—Ulmus propinqua fuels.The random forest model showed that temperature and relative humidity were the most important factors affecting fuel moisture content.The generalized additive regression model showed that temperature,relative humidity and rain were the main drivers affecting fuel moisture content.In addition to the combined effects of temperature,rainfall and relative humidity,solar radiation or wind speed were also significant on some sites.In P.koraiensis and P.sylvestris plantations,where soil parameters were measured,rain,soil moisture and temperature were the main factors of fuel moisture content.The accuracies of the random forest model and generalized additive model were similar,however,the random forest model was more accurate but underestimated the effect of rain on fuel moisture.

热解温度和生物炭粒径对苹果树枝生物炭吸湿性的影响

在300,500和700℃的热解温度下制得苹果树枝生物炭,通过逐级筛分获得<0.15 mm、0.15~0.25 mm和0.25~0.43 mm的小、中和大3种粒径,研究了在不同环境温度(20,30,40℃)条件下热解温度和粒径对苹果树枝生物炭吸湿性能的影响。结果表明,热解温度的升高能够显著(p<0.05)提高生物炭的平衡含水率(EMC),尤其是中等粒径(PGC)生物炭。环境温度对生物炭的EMC也有一定的影响,低环境温度有利于提升生物炭的吸湿性。动力学研究表明,Weibull模型比Peleg、扩散模型、准一级和准二级模型更能预测生物炭的吸湿过程(R2>0.9960,RSS≤0.03)。模拟获得的动力学参数α和β的数值大小表明,热解温度和粒径对苹果树枝生物炭的吸湿速率的影响较小,但环境温度的影响较为显著(p<0.05)。因此,在利用生物炭进行实际土壤水分改善的过程中,应合理的选择生物炭的热解温度和粒径,此外还要考虑环境温度影响。

地表细小可燃物含水率实测值与自动测量仪器值的比较和校正

为检验可燃物含水率自动测量仪器的准确性,利用仪器所得含水率数据和人工实测含水率数据,结合环境因子和仪器的工作原理分析造成误差的原因,找寻校正方法,提高仪器的准确性。该研究以哈尔滨市3种典型林分地表死可燃物作为研究对象,布设新一代含水率自动测量仪器获取含水率数据和气象数据,结合野外人工实测含水率数据进行对比分析。通过建立线性与非线性回归模型的方法对仪器数据进行校正,最后检验模型的外推性,确定校正方法。结果表明,(1)仪器数据与实测数据之间的差异主要来自系统误差,造成的原因是网兜上所附着的水分等杂质。这主要与林内复杂的环境和仪器的工作原理有关,需要通过模型进行校正;(2)气象因子对仪器测量含水率数据与人工实测数据之间的显著差异也产生一定影响;(3)2种校正模型中,只有线性回归模型具有良好的校正效果和外推性,可以对仪器测量含水率数据进行校正,校正后的数据满足精度要求。可燃物含水率自动测量仪器存在一定的误差,导致其与人工实测数据存在显著差异。可以通过线性回归模型进行校正,校正后的仪器数据满足测量的精度要求,提高了仪器测量含水率数据的准确性。该研究可以为今后进行快速和准确的火险预测预报提供重要的技术支撑。

几种细小可燃物失水过程中含水率的变化规律

对樟子松落叶、水曲柳落叶、水曲柳细、粗枝在Z0℃、78％相对湿度条件下的失水过程进行测定．获取相应过程动态方程所需参数——平衡含水率和水份交换导度。据此建立了相应条件下4种可燃物含水率时间动态方程。介绍了有关计算方法。并对平衡含水率Mc及比例系数片进行了讨论.为林火预测预报提供了理论基础。

温度对细小可燃物平衡含水率和时滞的影响

采用预处理法,对棋盘山2个常见树种油松、蒙古栎林下细小可燃物的失水过程进行了研究。通过回归分析,建立了相关的模型。结果表明:在75%湿度、不同温度梯度(15、20、25、30、35℃)下,各细小可燃物的平衡含水率和时滞都不同程度受到温度的影响。表现为:平衡含水率与时滞随温度的升高而降低,温度与枯枝和树皮的平衡含水率、时滞分别为二次函数和三次函数关系;与油松落针的平衡含水率和时滞分别为三次函数和四次函数关系。

平衡含水率法预测死可燃物含水率的研究进展

死可燃物含水率预报是森林火险天气预报的重要内容,准确预测死可燃物含水率是做好森林火险天气预报和火行为预报的关键。平衡含水率法预测死可燃物含水率在物理上十分可靠,若研究对象可精确描述,理论上其含水率的预测是准确的。因此,该方法是重要的可燃物含水率预测方法。本文对该方法的理论基础和应用情况进行综述。结果表明:1)平衡含水率的预测模型主要有4种,其中Simard模型、Van Wagner模型和Anderson模型都是统计模型,其应用具有一定的局限性;而Nelson模型为半物理模型,在预测可燃物含水率上的效果好,应用广。2)可燃物类型影响平衡含水率,但具体机理还没有系统研究。3)对时滞的影响因子研究相对较少。可燃物的种类、物理性质对时滞都有影响。4)现有平衡含水率法中,Catchpole等的方法因采用Nelson的半物理模型而具普适性,有良好的应用前途。5)平衡含水率法在实际预测中得到广泛应用,是美国火险等级系统和加拿大森林火险等级系统及其他类似系统中可燃物含水率预测的主要方法。

帽儿山地区典型地表可燃物含水率动态变化及预测模型

【目的】可燃物含水率预测是林火预报研究的重要内容,其中地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质含水率在一定程度影响了林火垂直蔓延的持续性及地下火发生的可能性,含水率变化主要是受天气状态和地形特征的影响,而我国关于半腐殖质和腐殖质含水率动态变化及其预测模型的研究较少,分析红松蒙古栎针阔混交林下的地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质3层可燃物含水率的动态变化,对建立我国林火预报系统有指导作用。【方法】本研究对帽儿山地区红松蒙古栎典型针阔混交林下的地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质含水率进行每日监测,同步监测林分内气象数据,统计分析气象要素和3层可燃物含水率的相关性,选择气象要素回归法建立3层可燃物类型的含水率预测模型。【结果】在整个监测期内,地表细小可燃物含水率波动最大,最小值为10.99%,最大值为253.30%;半腐殖质次之,最小值为19.21%,最大值为238.07%;腐殖质含水率最稳定,最小值为48.45%,最大值为193.83%,波动最小。地表可燃物含水率变化对气象因子的响应最敏感,多与当日或前一日气象因子相关,半腐殖质次之,腐殖质含水率仅与空气温度相关;建立3种可燃物含水率气象要素回归预测模型,其中地表细小可燃物、半腐殖质和腐殖质的含水率预测模型平均绝对误差和平均相对误差分别为22.2%、23.5%、17.1%和7.1%、14.8%和23.4%,以MRE为15%为界限,细小可燃物和半腐殖质含水率预测模型精度均能达到林火预报精度,腐殖质含水率预测模型精度较差。【结论】综合分析可得,3层可燃物在防火期内有被引燃,进而发展为森林火灾的可能,在今后的林火预报工作中,还应该注意地下可燃物,包括半腐殖质和腐殖质含水率的预报。

稻谷吸附与解吸等温线研究

用华矮８３７早稻作试验品种，研究了２０℃、３０℃、４０℃温度下，稻谷吸附与解吸相对湿度ＥＲＨ与平衡含水量ＥＭＣ关系。应用四种常用的农业物料吸附等温线模型，对稻谷吸附与解吸数据进行了拟合，比较了其适应性。结果表明：稻谷吸附等温线与同温度下解吸等温线不重合，有明显的滞后环。在吸附过程中，若ＲＨ不变，温度降低，吸附量增加；在解吸过程中，若ＲＨ不变，温度升高，解吸量则增加。四种模型的拟合及适应性比较结果说明，修正Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ模型与Ｇ．Ａ．Ｂ模型有良好适应性。

大兴安岭地表细小死可燃物含水率预测模型

以大兴安岭地区南瓮河保护区落叶松林(Larix gmelinii)、蒙古栎林(Quercus mongolica Fischer)、落叶松-白桦混交林(Mixture of Larix gmelinii and Betula platyphylla)(阴坡、阳坡)、沟塘草甸等4种典型林分为研究对象,运用气象要素回归法,对春季防火期和秋季防火期内的地表细小死可燃物含水率动态进行测定,构建了不同防火期、不同林型地表死可燃物含水率的预测模型,分析了相应模型的预测误差。结果表明:同林型地表可燃物含水率在春季防火期和秋季防火期差异显著;在秋季防火期,5个典型林型的地表死可燃物含水率预测平均绝对误差为0.167,平均相对误差为0.218,低于春季防火期模型和春季-秋季混合模型;秋季防火期模型对可燃物含水率预测效果最好。气象要素回归法适用于南瓮河保护区典型林型地表死可燃物含水率预测。

时滞和平衡含水率直接估计法的有效性分析

通过对不同直径落叶松枯枝含水率和环境条件的室内连续观测,分别使用Nelson模型和Simard模型作为平衡含水率响应模型,估计可燃物时滞和平衡含水率响应函数,然后以参数估计值预测可燃物含水率,分析比较建模样本数和平衡含水率模型不同对参数估计和含水率预测误差的影响。结果表明:1)基于Nelson模型的直接估计法在建模样本数较大时(84个),结果稳健,预测误差小,方法是有效的。2)采用Simard模型直接估计可燃物时滞和平衡含水率时,在建模样本数较少时,其预测效果不如Nelson模型,但当建模样本数较多(超过84)时,2个模型预测效果没有显著差别。

速生人工林桉树木材高温热处理研究

广西速生人工林桉树资源丰富,但其木材极易端裂、尺寸稳定性和耐久性差。为了提高其使用范围和产品附加值,笔者采用单因素试验方法对其进行高温热处理研究。主要探讨了热处理工艺对速生桉木材尺寸稳定性和化学基团的影响。试验结果表明：热处理温度在165~210℃,热处理时间在1~4h范围内。随着处理温度和时间的延长,木材平衡含水率逐渐降低,从木材的FTIR图可知,羟基吸收峰的强度明显降低,羰基吸收峰的强度略呈降低趋势;经210℃处理的试件的平衡含水率比未处理的降低了43.12%,方差分析表明,热处理温度对平衡含水率影响更显著。高温热处理对速生人工林桉树木材的改性效果显著,能够大大提高其尺寸稳定性。

湿度对可燃物时滞和平衡含水率的影响

测定可燃物在相同温度、不同湿度条件下的含水率随时间变化的过程,估测了可燃物的平衡含水率和时滞,并利用计算机统计软件建立了可燃物平衡含水率-湿度模型、时滞-湿度模型,分析了湿度对可燃物时滞及平衡含水率的影响。从而实现了通过获取气象因子来预测森林可燃物含水率的设计思想。

乙酰化度与处理材的尺寸稳定性

将红皮云杉（Ｐｉｃｅａｋｏｒａｉｅｎｓｉｓ）和大青杨（Ｐｏｐｕｌｕｓｕｓｓｕｒｉｅｎｓｉｓ）木材试样进行无催化剂液相乙酰化处理（ｔ＝（１２０±３）℃），测试了乙酸化度（增重率）与试样尺寸、体积和平衡含水率变化之间的相关关系，结果表明：相同处理条件下，红皮云杉的乙酰化度高于大青杨；乙酸化度以２５％～３０％为宜；处理试样的尺寸、体积和平衡含水率的变化与乙酰化度呈直线相关。

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。

罗非鱼鱼肉的解吸平衡规律研究

罗非鱼鱼肉的解吸平衡含水率不但决定给定干燥条件下所能达到的最低水分,且直接影响干燥速度,本文采用静态称重法研究了罗非鱼鱼肉在不同温度(40℃～60℃)和不同相对湿度(11.0～84.0%)条件下的解吸平衡含水率的变化规律,比较了罗非鱼背部和腹部肌肉在恒温60℃和不同湿度下的解吸平衡含水率的差异,分析了温、湿度对鱼肉的平衡含水率的影响,并对试验测定的结果进行了回归分析,得出Chung-Pfost模型最适宜描述罗非鱼鱼肉的平衡含水率变化。

四种桉树人工林木材气干特性研究

本文对柠檬桉、巨桉、尾巨桉和窿缘桉4种桉树人工林木材进行气干特性和干燥规律的研究,预测它们在不同季节和不同含水率阶段的气干速度,并对气干质量进行分析,为有效利用其气干特性和规律合理地组织气干-窑干联合干燥提供理论依据。

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。

平衡含水率法建模的研究

森林可燃物的含水率是森林火险天气预报的重要内容,可燃物含水率直接影响着火的难易程度,对可燃物含水率的研究有着重要的现实意义,通过对平衡含水率建模的研究,预测可燃物含水率的变化情况,这对于预测森林火灾有着重要的意义.

^60Co γ辐照对稻谷平衡含水率的影响

将辐照剂量这一因素加入到常用的3组平衡含水率模型中,对不同剂量γ射线辐照稻谷进行平衡含水率的研究,建立受辐照剂量、环境相对湿度和环境温度三因素影响的3组平衡含水率模型,拟和模型系数。并分析了3组平衡含水率模型的相关系数、平均相对误差和标准差。结果表明,在相同的相对环境湿度和环境温度下,辐照剂量对稻谷的平衡有明显的影响。无论在吸附还是在解吸附过程中,辐照剂量越高稻谷的平衡含水率越低。此外,在试验范围内,修正的Chung-Pfost模型和修正的Henderson分别适合预测稻谷的解吸附和吸附过程中的平衡含水率。

大兴安岭林区10小时时滞可燃物湿度的模拟

随着森林防火预报精细化的需求,小时尺度可燃物湿度的准确模拟成为火险预报的关键。利用2010年8月连续无降雨天气条件下我国大兴安岭林区10h时滞可燃物湿度和相应气象因子的半小时动态观测资料,从可燃物的失水和吸水过程对目前广泛使用的Fosberg模型和Van Wagner模型进行评估,进而发展了准确模拟10h时滞可燃物失水和吸水过程的可燃物湿度模型。结果表明:Fosberg模型对10h时滞可燃物的失水过程模拟较好(R2=0.96,P<0.01),而Van Wagner模型对10h时滞可燃物的吸水过程模拟较好(R2=0.83,P<0.01),但均不能独立地准确模拟10h时滞可燃物的湿度变化。通过分析可燃物失水与吸水过程,考虑可燃物在静风条件下的水汽交换,优化了Van Wagner模型参数,建立了综合反映可燃物失水与吸水过程的10h时滞可燃物湿度模型。据比较,该模型可准确地模拟10h时滞可燃物的湿度变化(R2=0.88,P<0.01),可为精细化火险预报提供技术支撑。