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.

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.

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.

植被含水量是陆地植被重要的生物物理特征,其定量遥感反演有助于植被干旱胁迫的实时监测与诊断评估.该文系统综述了国内外利用高光谱遥感评估植被水分状况的4个常见植被水分指标——冠层含水量、叶片等量水厚度、活体可燃物湿度和相对含水量的概念及其遥感估算方法研究进展,评述了植被含水量高光谱遥感估算各类方法的优缺点,探讨了植被含水量高光谱遥感估算目前存在的问题,并提出进一步的研究任务,即服务于植被干旱胁迫的高光谱遥感监测、预警与评估.

长白山拥有亚洲目前保存较为完好的温带山地森林生态系统, 由于近年来无火事件发生而积累了大量可燃物, 火灾隐患逐年增加, 重建古火历史找出火事件发生规律有助于现代火灾的有效防控.本文以长白山区孤山屯泥炭剖面的68个样品为研究载体, 选取炭屑作为主要指标反演了长白山全新世以来的火事件演化历史;并结合前人利用孢粉、植硅体等代用指标重建的古环境、古气候特征, 分析了火事件的成因机制.在11 686-10 883 cal aBP、7 336-2 624 cal aBP、2 624-1 189 cal aBP, 炭屑浓度较高, 古火事件发生频繁, 强度较大;在10 883-7 336 cal aBP、1 189 cal aBP至今, 炭屑浓度较低, 古火事件发生频率较小, 强度相对较弱.气候和植被对于火事件的影响贯穿了整个全新世时期, 火事件多发生在寒冷干燥气候时期且以区域性火事件为主;近千年以来, 人类活动与火山喷发对火事件的影响显著, 局域性火事件比例逐渐增多.

森林可燃物是森林火灾燃烧的物质载体和必要条件.以武夷山国家公园4种森林类型中的7种林分下地表可燃物为研究对象,分析地表可燃物热值特征及其内部差异.结果表明:4种森林类型地表可燃物热值在阳坡和阴坡上多数无显著差异(P ＞ 0.05),不同龄级马尾松林活地表可燃物、阔叶林死地表可燃物和马尾松近成熟林10 h时滞可燃物(10 hr)在阳坡和阴坡存在显著差异(P＜0.05).同一森林类型下活地表可燃物和死地表可燃物之间的热值多数差异显著,同一大类地表可燃物内部差异不显著(除毛竹林外).地表可燃物在7种林分间热值存在差异,活地表可燃物(17.95-19.87 kJ/g)和死地表可燃物(18.09-20.09 kJ/g)热值较高.马尾松林不同演替阶段,10 hr无显著差异,灌木、草本和1 hr在不同演替阶段存在显著差异.马尾松幼龄林和马尾松中龄林热值高灰分低;毛竹林、马尾松成过熟林热值低灰分高.可见地表可燃物热值受地形、林分、林龄等因素的综合影响,结果可为该区域森林林火模型构建和森林可燃物精准管理提供参考.

本研究通过FireBGCv2模型,模拟不同烈度林火干扰下未来100年呼中自然保护区森林各碳库的动态变化特征,以探究森林不同碳库对火干扰的响应规律,为保护区森林可燃物的管理提供科学依据.结果表明:林火干扰显著降低了保护区森林碳储量,且林火烈度越大,碳储量降低越多.火干扰影响森林各碳库储量的变化,也改变了森林总碳库的分配特征.林火干扰对各碳库碳储量的影响表现为:林火干扰使活立木、半腐殖质层碳储量降低,使粗木质残体碳储量在模拟前、中期增加,在模拟后期降低,灌草碳库碳储量在模拟后期增加.林火烈度越大,活立木、灌草碳库碳储量越低,枯立木和粗木质残体碳库碳储量越高.林火干扰对总碳库分配的影响表现为:林火干扰后,灌草、枯立木、粗木质残体和土壤碳库占比增加,活立木、半腐殖层碳库在总碳库中的占比减小.林火烈度越大,灌草碳库占比越小,粗木质残体碳库占比越大,烈度对其他碳库占比影响较小.枯落物的周期性变化规律为:20年达到高值,然后10年内降到低值,这一发现为确定森林可燃物处理的时间间隔提供了有力的依据,建议在大兴安岭地区每隔20年进行一次计划火烧,以合理保护该地区的森林资源.

森林可燃物是森林火灾发生的基础,地表死可燃物是森林可燃物的重要组成部分,研究地表死可燃物的热解特性和气体释放对探究森林火灾对大气环境和碳平衡的影响及森林火灾的预防和扑救具有重要意义.本研究对黑龙江省6种乔木(樟子松、红皮云杉、水曲柳、胡桃楸、蒙古栎和白桦)地表凋落的叶片进行热重分析和气体释放分析,探究森林可燃物的热解过程及燃烧性,分析了热解特征、热解动力学特征和气体释放特征,并基于热解参数对其燃烧性进行四维评价.结果 表明:研究区6种乔木叶片综纤维素热解开始的温度范围为143.31 ～ 180.48℃,结束的温度范围为345.04 ～ 394.38℃;木质素热解开始的温度范围为345.04～394.38℃,结束的温度范围为582.85～609.31℃.6种乔木叶片热解过程中综纤维素的热解影响了可燃物灰分含量及总热解的重量、温度.6种乔木叶片2个主要热解阶段的活化能分别为18.88～27.08和13.25～27.54 kJ·mol-1,指前因子分别为3.13～26.28和1.30～22.55 min～1,其中,红皮云杉、水曲柳、蒙古栎和白桦综纤维素热解阶段的活化能和指前因子大于木质素热解阶段,而樟子松和胡桃楸则相反.综纤维素热解阶段的CO、CO2释放量分别为535.16～880.11、7004.97～10302.05 mg·m-3,木质素热解阶段分别为240.31～1104.67、20425.60～33946.68 mg·m-3,综纤维素热解阶段释放的CO和CO2较少,重量损失却大于木质素热解阶段.6种乔木叶片的四维燃烧性排序中,点燃性最好的是白桦,剧烈性最强的是红皮云杉,持续性和消耗性最好的均是樟子松;点燃性与综纤维素的热解动力学参数呈显著正相关,持续性与木质素的热解动力学参数呈显著负相关.

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.