云南松针叶富含油脂,防火期含水率低,是滇中地区林火主要地表可燃物.在2020年防火期持续采集滇中地区云南松林地表可燃物含水率数据,使用相关性分析、公因子方差、膨胀系数和多重预测回归模型,探究地形、气象、林分等因子与含水率的关系,利用离差标准化法调整模型系数及完成模型精度评价.结果表明:云南松林地表可燃物含水率影响因子排序为温度＞湿度＞风速＞坡向＞郁闭度＞坡度＞海拔＞风向,坡向、林分郁闭度指标方差膨胀系数VIF＞10,存在共线性;因此选择温度、湿度、风速、坡度、海拔构建含水率预测回归模型E1,k、s、g代表云南松枯枝、松针和小灌枯枝-枯草,Yk1、Ys1、Ys1平均拟合度为74.35％,平均误差率为32.06％,误差率偏高.以强相关(r＞0.70)因子温度、湿度、风速为自变量重构含水率预测增强回归模型E2,其Yk2、Ys2、Yg2平均拟合度为83.99％,平均误差率为17.09％,其拟合度、误差率均优于E1.在E2基础上选择具有现实意义的弱相关性因子坡向、坡度、海拔、郁闭度为调整因子,并运用离差标准化法转化为系数,构建含水率预测系数校正回归模型E3,其Yk3、Ys3、Yg3平均拟合度89.72％,平均误差率为8.48％.E3精度优于E1、E2,其 Yk3、Ys3、Yg3拟合优度分别提升 9.69％、2.11％,4.84％、10.77％,8.41％、4.33％,误差率降低 15.65％、6.89％,11.24％、13.69％,18.01％、5.24％.增加校正系数可提高模型预测精度,同时模型因子易获取,便于林火管理者野外快捷、精准、实时预测滇中云南松林地表可燃物含水率,为林火防控提供技术支持.

大兴安岭是我国重点森林火灾区,准确预测该地区的森林可燃物含水率对于提高该地区林火发生预测的准确性意义重大.本研究采集典型林型的枯落物的光谱和含水率实测数据,通过一阶导数和去包络线的光谱分析方法识别森林枯落物含水率敏感波段.通过相关系数法从原始光谱、去包络线光谱、一阶导数光谱、去包络线之后的一阶导数光谱中筛选与枯落物含水率高度相关的波段作为含水率反演模型的备选自变量.利用逐步回归分析建立枯落物含水率反演模型,并对模型进行精度评价.结果表明,去包络线之后的一阶导数光谱对枯落物含水率变化存在显著响应,敏感波段位于398～668、768～1068、1098、1278、1388～1438、1458 ～ 1538、1868 ～ 1898、1988～2088、2198～2208、2228 ～ 2238 nm(P＜0.05).相关系数极值为-0.653、0.610,分别在波长2008、1888 nm处.通过多元逐步回归构建大兴安岭地区9种典型林型枯落物光谱和含水率的预测模型,模型决定系数R2=0.537,平均相对误差为0.303,均方根误差为0.499.本研究结果将为利用遥感技术快速测定森林枯落物含水率提供参考.

以世界双遗产地武夷山风景名胜区内4种森林类型地表可燃物作为研究对象,采用外业调查与内业实验相结合的方法,对比分析地表可燃物含水率(绝对含水率与熄灭含水率)特征及其与地形、林分等14个影响因子的关系.结果显示:活地表可燃物绝对含水率、熄灭含水率在4种林型间差异较小,死地表可燃物差异较大,其中毛竹林在不同林型中绝对含水率较高,熄灭含水率较低,马尾松近成熟林则相反.在灌木、草本、1小时时滞可燃物(1 hr)、10小时时滞可燃物(10 hr)中,毛竹林绝对含水率大于熄灭含水率,不易点燃;马尾松近成熟林灌木、草本绝对含水率大于熄灭含水率,1 hr和10 hr可燃物绝对含水率＜熄灭含水率,容易点燃.绝对含水率中,不同坡向毛竹林的地表可燃物无显著差异,马尾松近成熟林仅在灌木、1 hr可燃物有差异,1 hr差异表现为阴坡＞阳坡.冗余分析(RDA)结果显示,活可燃物、死可燃物受不同的环境因子影响,环境因子对死可燃物含水率的解释量高于活可燃物.本研究结论表明,不同林型地表可燃物熄灭含水率比绝对含水率稳定,为评估景区森林点燃风险与火行为模拟提供了重要理论指导.

地表死可燃物含水率是火险天气和火行为预报中的重要指标.本研究基于时滞平衡含水率法(Nelson和Simard方法)及气象要素回归方法,于2010年9-10月对黑龙江省大兴安岭地区盘古林场不同郁闭度的山杨-白桦混交林、红皮云杉纯林,以及采伐迹地(原1∶1樟子松-白桦混交林)地表死可燃物含水率进行以小时为步长的连续测定,建立其预测模型,得到预测误差,并使用相应的模型对其他林分地表死可燃物含水率进行外推精度分析.结果表明:采用Nelson平衡含水率法构建的地表死可燃物含水率变化模型的平均绝对误差、平均相对误差和均方误差根(0.0154、0.104和0.0226)低于Simard法(0.0185、0.117和0.0256)和气象要素回归法(0.0222、0.150和0.0331).在外推效果方面,气象要素回归法的平均绝对误差、平均相对误差和均方误差根(0.0410、0.0300和0.0740)低于Simard法(0.610、0.492和0.846),但前两者均高于Nelson法(0.034、0.021和0.0660),说明以小时为步长的时滞平衡含水率法,尤其是Nelson法适用于大兴安岭地区所测林分.外推虽不能降低误差,但有助于提高现有模型应用至不同林分条件或大尺度范围内的地表死可燃物含水率预测精度和利用率.模型建模和外推误差与不同树种和郁闭度条件差异有关,研究时应根据不同林分和地点选择合适的平衡含水率模型.

为研究温湿度对滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞的影响,2017年4月于昆明西山公园采集云南松和滇青冈两个树种新凋落的枯枝和枯叶,利用恒温恒湿箱在室内测定了20个温湿度组合下的平衡含水率和时滞,并通过统计软件分析了平衡含水率和时滞与温湿度的关系,同时以Simard和Nelson模型为响应模型拟合了4种可燃物的平衡含水率预测模型,利用均方根误差分析比较两类模型的精准性.结果表明:滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞受温湿度的影响显著,平衡含水率和时滞均随温度的升高而减小,随湿度的增加而增大.4种可燃物拟合得出的Simard模型和Nelson模型相比较,Simard模型的拟合效果更好,更适用于滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞的预测.

以大兴安岭南瓮河国家级自然保护区落叶松-白桦混交林的阳坡和阴坡2种林分为研究对象,监测2种林分在不同防火期的地表可燃物含水率的动态变化,采用基于平衡含水率和时滞的直接估计法,分析防火期和坡向对地表可燃物含水率预测模型精度的影响.结果 显示:不同防火期林内气象因子(防火期影响)及林分郁闭度(坡向影响)不同,地表可燃物含水率变化呈现差异(P＜0.05),秋季＞春季,阳坡＞阴坡.在构建的地表可燃物含水率预测模型中,秋季防火期预测模型精度优于春季防火期预测模型精度,阳坡预测模型精度优于阴坡预测模型精度.因而,在进行森林火险预测预报时,需考虑坡向和防火期对可燃物含水率的影响,分别建立不同的预测模型,将有助于提高火险预测预报精度.

伴随着全球气候变化,世界范围内森林、草原火灾频发,在破坏自然生态系统的同时,也带来一系列的经济损失,甚至危及生命安全.探究森林和草原可燃物含水率能够预测火的发生和蔓延,从而规避火灾风险.以Web of Science数据库核心合集中相关文献为数据源,基于CiteSpace 5.7.R2对获取的题录信息进行计量分析.研究表明:(1)研究历程可分成3个阶段,缓慢发展阶段、快速发展阶段和波动增长阶段;这一方向是生态学、地理学、环境科学等多学科的交叉领域,具有一定的空间维度和实际应用性;美国的研究实力在世界各国中最强,我国则有较大的进步空间.(2)森林和草原可燃物含水率相关研究在研究方法上以遥感反演为主流研究方法,气候变化是最常见的研究视角,植被或枯落物的可燃性是研究的核心内容,美国西部是研究最多的区域,火灾科学是最主要的应用领域.(3)当前的研究前沿主要有3个方面,大尺度的全球火险预测研究、对可燃物可燃性的多维度分析、基于MODIS反演可燃物含水率.

燃烧剩余物是火烧迹地土壤表面必然存在的残留物,可以通过降水过程以及地表径流释放其所含有的矿物质和有机质至土壤生态系统,从而在一定时间内持续地对火后生态系统恢复过程造成影响.但不同火行为下,相同的可燃物所产生的燃烧剩余物可能具有不同的生态学功能,为了认知火行为对燃烧剩余物的影响,进一步了解二者对火烧迹地生态恢复过程中养分循环和能量流动的潜在影响,探究了火行为对燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征的影响.以红松人工林地表可燃物为实验材料,通过设置不同坡度和含水率为火行为的驱动因子,进行了森林可燃物床层地表上坡火和下坡火的室内模拟燃烧实验.用独立样本T检验、单因素方差分析、多因素方差分析探究了火环境对燃烧剩余物水溶性碳氮和火行为的影响,用基于距离的冗余分析(db-RDA)探究了火行为对燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征的影响.上坡火实验组的燃烧剩余物水溶性碳氮含量明显高于下坡火实验组(P＜0.01);5°实验组中,燃烧剩余物的水溶性碳含量随着可燃物预设含水率的升高而升高(P＜0.05).进一步的数据分析发现火行为与燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征关系密切,火焰宽度是影响燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征最显著的火行为因素,与水溶性碳氮及水溶性碳氮比的相关系数分别为-0.515,-0.317,-0.550(P＜0.01).火焰高度、燃烧效率与燃烧剩余物水溶性碳氮含量呈负相关,火线强度与燃烧剩余物水溶性碳氮比呈负相关,持续燃烧时间与燃烧剩余物水溶性碳氮含量呈正相关(P＜0.05).红松人工林地表可燃物燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征显著的受到火行为的直接影响和火环境的间接影响.火干扰可以通过影响燃烧剩余物特性对火烧迹地生态恢复过程造成持续性的潜在影响.

通过室内模拟点烧试验,研究呼中国家级自然保护区主要可燃物类型地下火燃烧特征以及不同含水率和可燃物类型对燃烧峰值温度和蔓延速率的影响.结果表明:主要可燃物类型的地下火燃烧温度较高,最高可达713.99℃,蔓延速率缓慢,最快仅为25.45 cm/h,且随深度的波动较大;不同可燃物类型和含水率的交互作用对地下火燃烧峰值温度和蔓延速率的影响都存在显著差异(P<0.05);杜香-兴安落叶松林和偃松-兴安落叶松林的燃烧温度高;在含水率10％下,杜香-兴安落叶松林蔓延速率最快;杜鹃-兴安落叶松林燃烧温度低,燃烧过程缓慢;草类-兴安落叶松林在较高含水率下蔓延速率加快.

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.