随着气候变暖,近年来灾难性森林火灾频发,给森林资源和人们的生命财产造成重大威胁,如何降低森林火险是森林管理中需要面对的热点问题.本研究利用空间直观森林景观模型LANDIS模拟大兴安岭森林可燃物处理对林火情势的影响.根据两种火控制政策(现行灭火和不灭火)下是否进行可燃物处理,设计了 4种模拟预案,其中可燃物处理预案包含9种可燃物处理方案,对应不同的可燃物处理方法(粗可燃物物去除、计划火烧、粗可燃物去除+计划火烧)、处理频率(低、中、高)和处理面积(大、中、小).通过对火烧面积、不同强度火烧面积等进行评价,最终确定适合大兴安岭地区的森林管理方案.结果表明:长期灭火,使森林可燃物大量堆积,发生高强度火灾概率增加;在两种火控制政策下进行森林可燃物处理都可以减少高强度林火的面积,从而降低森林火险,但是,由于两种火控制政策下粗、细可燃物累积情况不同,在自然火情景下,频发的森林火灾导致细可燃物累积量少,每20年对10％的面积进行粗可燃物去除即可有效降低森林火险,但此处理方案在灭火情景下效果较差;最终确定适合于大兴安岭地区的森林管理方案为每20年对10％的面积进行一次粗可燃物去除+计划火烧处理,并继续实施灭火政策.本研究可以为大兴安岭地区的林火管理提供科学依据.

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.

森林可燃物模型可以对具有巨大变异性的可燃物进行综合描述,是建立林火模拟系统和进行林火行为预报和模拟的基础.本文从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法对可燃物分类并进行火行为预测,最终建立赣南地区标准森林可燃物模型.结果表明:坡度不变条件下,不同可燃物的蔓延速率、火焰长度随着风速的增加而上升;可燃物对坡度和风速敏感,火线强度随之增大而增加.赣南地区可建立4个标准可燃物模型,代表性植被类型分别为毛竹林(模型FL-Ⅰ)、马尾松林(模型FL-Ⅱ)、针叶(马杉)、针阔(马杉木)混交林和杉木林(模型FL-Ⅲ)以及木荷林和阔叶林(木枫)混交(模型FL-Ⅳ).不同可燃物林火行为的预测结果以及4个标准可燃物模型的地表和垂直结构特征可为林火管理提供帮助.

林火直接破坏森林资源,改变森林的结构与功能,影响局地甚至全球气候状况并威胁人类生命和财产安全,在气候变暖背景下林火将更加频发,因此开展林火预测/预报研究至关重要.利用MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)的温度异常/火产品(MOD14A1)获取逐日林火数据,分析了 2001-2018 年中国西南地区林火时空分布特征;采用随机森林算法,综合考虑气象、地形、可燃物状况及植被等林火驱动因子,构建了中国西南地区干、湿季林火发生预测模型,系统分析了西南地区干湿季林火发生的主要驱动因子.结果表明:(1)中国西南地区林火主要集中分布于云南大部、四川西南部及贵州南部地区,并呈集聚分布特征;林火多发于干季,占林火发生总次数的 96.5%,年林火发生次数呈阶段性变化特征,2001-2014 年呈现显著增加趋势,随后表现为不显著减少趋势;(2)构建的干、湿季林火发生预测模型能较准确地模拟林火发生状况:训练期模型准确率分别处于 82.94%—83.99%与85.12%—90.31%之间,AUC(Area Under Curve)值分别处于0.908-0.914 与0.922-0.965 之间;测试期模型准确率分别为 79.73%和 83.27%,AUC值分别为 0.886 和 0.855;(3)海拔是西南地区林火发生最关键的限制因子,林火多集中于中海拔区,而在低海拔和高海拔地区林火不易发生,这与人类活动密切相关.当日的气象条件是干季林火发生次重要的驱动因子,可燃物的温湿度状况则是湿季林火发生次重要的驱动因子.FWI系统指标(Fire Weather Index)在西南地区有较好的适用性且对于区域干湿季林火发生均有重要的影响,因此在西南地区林火预测/预报工作中有必要引入FWI系统指标.

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.

研究选取北京西山林场刺槐林(Robinia pseudoacacia)为研究对象,通过对照组CK和处理组L、M和H(疏伐强度分别为0％,15％,35％,50％)四种处理,对疏伐后刺槐林可燃物进行调查,对不同强度疏伐刺槐林林地上部分碳储量进行计算,并利用BehavePlus林火模型对地表火行为指标进行计算,探讨不同疏伐强度对刺槐林可燃物、碳储量以及潜在火行为的影响.结果表明,(1)不同疏伐强度的刺槐林的可燃物分布中,均以0-2 m层可燃物负荷量为最大,分别为1.29 kg·m-2,1.40 kg·m-2,1.57 kg·m-2,1.89 kg·m-2,呈现出可燃物负荷量随疏伐强度加大而增加,即,H＞M＞L＞CK;随着高度的增加,可燃物负荷量主要分布冠层在5-8 m;(2)不同强度疏伐对刺槐人工林各组分的碳储量影响显著,中度疏伐更有利于刺槐林中的碳储量积累,其碳储量值最大,为17.50 t·hm-2;(4)林分火蔓延速率、火线强度、火焰高度及单位面积发热量均与疏伐强度相关,疏伐后火行为指标值大幅下降,其中高强度疏伐(H)后,林火的蔓延速率,火线强度为以及火焰强度最低.研究结果可为研究地区的森林可燃物管理以及森林可持续经营提供科学依据.

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.

建立长白落叶松人工林采伐迹地燃烧床试验模型,进行火灾模拟试验,利用热电偶测温系统得出火灾过程中500、1000、1500 s时各层土壤测试点的温度数据,将数据以图像的形式展现,得出火灾过程中各层土壤温度场的变化情况.结果表明:当风速≤2m·s-1或≥10m·s-1时,可燃物均无法充分燃烧;在可燃物充分燃烧的情况下,风速为6m·s-1时,各层土壤温度最高,土层受高温影响深度在12 cm以上,其中3 cm层土壤最高温度可达300℃.与非伐根处土壤相比,伐根处土壤在火灾过程中最高温度更大,且距离伐根越近的位置土壤温度越高.风速为6m·s-1时,3 cm层土壤距离伐根最远处到最近处的温度范围为198 ～315℃.随着土壤深度的加深,土壤温度的变化急剧减小.15 cm层土壤温度几乎无变化;12 cm层土壤仅在风速为6m·s-1时温度有所升高;3 cm层土壤温度最高.当风速为6m·s-1时,土壤温度受火灾影响最大,且伐根处土壤受损最严重.

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.