大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率动态变化及预测模型

对春季和秋季大兴安岭地区西林吉林业局山杨-白桦混交林、落叶松林、樟子松林、落叶松-白桦混交林、白桦林5种典型林分不同坡位地表细小死可燃物含水率动态进行研究,构建了不同季节防火期、不同林分地表死可燃物含水率的预测模型,并分析了其预测误差.结果表明: 相同林分地表可燃物含水率在春季和秋季差异显著;在相同季节相同林分下不同坡位可燃物含水率存在差异.采用Nelson模型对地表死可燃物含水率预测的平均绝对误差(MAE)的平均值为0.13,略低于Simard模型(0.14),明显低于气象要素回归模型(0.25).Nelson和Simard模型的预测效果好于气象要素回归模型.秋季模型对地表死可燃物含水率的预测精度好于春季模型和春季秋季混合模型.     

黄土高原子午岭大披针苔草能量与养分特征

森林地表死可燃物是引起森林火灾的重要原因,掌握森林地表死可燃物载量的分布,对预防火灾和可燃物管理有重要意义.依据1 h、10 h和100 h分类标准,对呼中林区的不同林型内的地表死可燃物载量进行了对比分析.结果表明:樟子松林内死可燃物总载量最高,偃松林内的最低;对不同类型兴安落叶松林群落的地表死可燃物进行比较,发现笃斯越桔-兴安落叶松林内死可燃物总载量最高,而泥炭藓-杜香-兴安落叶松林的最低;此外,相关分析表明,兴安落叶松死可燃物总载量与平均胸径、平均树高、草本盖度、凋落物厚度呈显著的正相关,与坡向、腐殖质厚度等因子呈显著负相关;多元线性回归分析表明,用兴安落叶松林的凋落物厚度、草本盖度、平均树高因子可较好地估算地表死可燃物总载量,进而为森林可燃物的管理和指导森林防火提供科学的依据.     

大兴安岭呼中林区地表死可燃物含水量及其环境梯度分析

森林地表死可燃物含水量与林火行为密切相关,理解森林地表死可燃物含水量及其与环境因子之间的关系对于林火管理有重要意义。本文对大兴安岭呼中林区的不同植被类型内的地表死可燃物含水量,依据1 h、10 h和100 h分类标准进行了对比,结果表明：杨桦林和钻天柳林等2种阔叶林地表死可燃物含水量最高,而其他植被类型比阔叶林内地表死可燃物含水量低,且之间无显著性差异;对兴安落叶松不同林型内的地表死可燃物含水量进行比较,发现越桔兴安落叶松林内地表死可燃物含水量最高,其他林型比越桔兴安落叶松林低,且之间没有显著性差异。此外,利用除趋势典范对应分析对地表死可燃物含水量的环境梯度进行分析。结果表明：第1排序轴反映了坡位与海拔梯度,即热量因素,沿着第1轴从左到右海拔和坡位逐渐降低;第2轴反映了坡向和林分密度梯度,即水分因素。总体来说,坡位与海拔是影响森林地表死可燃物含水量的主要环境因子,二者综合作用表达了该地区森林地表死可燃物含水量的空间生态梯度。     

基于卷积神经网络及气象要素回归法的地表死可燃物含水率预测模型

地表可燃物含水率是森林火险等级和火行为变化的重要指标,其预测模型对于火险预测、火灾管理等具有显著作用。本研究基于蒙古栎及樟子松林地的野外气象因子以及地表死可燃物含水率数据,进行气象因子随机森林相对重要性排序以及皮尔逊相关性分析,并使用深度学习中的卷积神经网络以及气象要素回归法预测可燃物含水率。结果表明：野外蒙古栎的可燃物含水率显著高于樟子松。随机森林结果表明,对于可燃物含水率具有显著作用的因子排列顺序从大到小为湿度、温度、降雨、风速、太阳辐射;相关性分析表明,当日的温度、湿度、降雨对于可燃物含水率具有显著影响,同时,气象因子之间也存在一定的相关性。卷积神经网络模型对于蒙古栎及樟子松林地表可燃物含水率的预测R²分别为0.928、0.905,平均绝对误差(MAE)分别为6.1%、8.1%,平均相对误差(MRE)分别为8.9%、4.2%;气象要素回归法的R²分别为0.495、0.525,MAE分别为30.5%、39.5%,MRE分别为52.1%、32.6%,卷积神经网络模型精度显著高于气象要素回归法。研究表明,深度学习的卷积神经网络能够为今后的可燃...     

以小时为步长的大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率模型预测及外推精度

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.     

以地表死可燃物评估八达岭林场森林燃烧性

森林燃烧性是森林火险评估的基础,也是制定营林防火措施的依据.以北京市八达岭林场18种主要森林类型的地表死可燃物为研究对象,分别以死可燃物负荷量、含水率及综合属性为分析依据,结合国内外最新研究成果、林场实际情况和样地调查,分别讨论并对比不同森林类型的燃烧性,并划分等级.研究得出,以地表死可燃物综合属性为分析依据,研究不同森林类型的燃烧性更符合林场实际情况,并以综合属性为依据绘制林场燃烧性等级图,同时,死可燃物负荷量和含水率的分析,可以为营林防火措施的制定提供理论依据.     

丰林自然保护区森林可燃物模型的建立

从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法在丰林自然保护区建立标准森林可燃物模型.结果表明:丰林自然保护区可建立3个标准可燃物模型,代表性植被类型分别为阔叶红松林(模型FL-Ⅰ)、云冷杉林(模型FL-Ⅱ)和杨桦林(模型FL-Ⅲ).依据可燃物的林分结构与组成、地表覆盖类型、水平与垂直连续性等,本研究建立的FL-Ⅰ、FL-Ⅱ和FL-Ⅲ模型与加拿大CFBPS可燃物分类系统中的C-5、C-2和D-1模型相似.3个标准可燃物模型的地表和垂直结构特征,可为野外工作者判定可燃物模型提供帮助.     

闽南三市绿地景观格局与地表温度的空间关系

深入探索绿地景观格局对热环境的影响机制,对于改善城市生态环境具有重要意义。基于厦门、漳州、泉州三市的Landsat遥感数据,应用景观生态学与空间自相关理论,探讨了绿地景观与地表温度的空间分布特征,并用双变量空间自相关与空间自回归模型分析两者之间的空间关系。结果表明:闽南三市绿地与地表温度均具有显著的空间自相关性;内陆的高海拔地区,绿地分布密集,地表温度较低,而城区、乡镇及大片的耕地,绿地分布较少,地表温度较高;漳州、泉州绿地景观格局对地表温度的影响更显著,厦门最弱;绿地的景观类型比例、最大斑块指数、聚集度指数、平均斑块面积与地表温度呈负相关,斑块密度与地表温度呈正相关;边缘密度、平均形状指数与地表温度的关系存在不确定性;空间滞后模型与空间误差模型能更好地解释绿地景观格局与地表温度的空间关系。     

黑龙江省6种乔木叶片热解特性及气体释放特征

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...     

赣南地区森林地表死可燃物载量与环境因子的关系

森林可燃物载量分布格局是植被与地形等环境因子之间相互作用的结果。本研究通过野外实测赣南地区主要7种森林类型地表死可燃物载量数据,依据时滞可燃物分类标准,构建了地表可燃物载量与地形、植被等环境因子间的结构方程模型,并分析了各因子的影响路径及其直接、间接和总效应。结果表明: 7种不同森林类型中,1、10和100 h时滞可燃物载量均是针阔混交林内最高,毛竹林内最低。对1 h时滞载量影响最大的变量依次为:坡度(影响系数为0.40)＞树冠高度(0.07)＞树种(-0.03)＞郁闭度(0.01);对10 h时滞载量影响最大的变量依次为:胸径(0.15)＞树种(-0.09)＞坡向(-0.08)＞郁闭度(-0.06);对100 h时滞载量影响最大的变量依次为:坡向(0.25)＞胸径(0.19)＞郁闭度(-0.08)＞树种(0.02);对可燃物总载量影响最大的变量依次为:坡度(0.22)＞树种(-0.04)、郁闭度(-0.04)＞树冠高度(-0.01)。     

气温和空气相对湿度对森林地表细小死可燃物平衡含水率和时滞的影响

以落叶松(Larix gmelinii)叶片、白桦(Betula platyphylla)叶片、落叶松-白桦叶片混合物为例, 初步研究了气温和空气相对湿度对地表细小死可燃物平衡含水率和时滞的影响, 对这3种可燃物在不同气温、不同空气相对湿度条件下(共20个温湿度组合)失水过程中的含水率进行了测定。通过统计软件建立了相应条件下3种类型可燃物含水率时间动态方程, 并利用此方程估算了3种可燃物平衡含水率和时滞, 同时用估算值分别建立了3种可燃物的平衡含水率-气温模型、平衡含水率-湿度模型、时滞-气温模型、时滞-湿度模型等4种模型。并用已知的4个可燃物平衡含水率模型拟合了该研究得到的平衡含水率数据, 其中, 用Van Wanger模型得到的平均绝对误差和均方根误差均不超过0.01, 拟合效果最好; Nelson模型的拟合效果最差。对气温和空气相对湿度对3种可燃物平衡含水率和时滞的影响的研究结果表明: 气温和空气相对湿度对3种可燃物的平衡含水率和时滞有显著影响, 气温与平衡含水率和时滞呈负相关关系, 而空气相对湿度与二者均呈正相关关系。其中, 时滞-湿度模型高估了可燃物的时滞。该研究具有一定的局限性与不确定性, 在未来的工作中, 应选择在更宽的可燃物类型范围内, 结合更全面的影响因子进行研究。     

1981~2000年广东省净初级生产力的时空格局

采用Global production efficiency model(GLO-PEM)结果,分析了1981~2000年期间广东省NPP的时空动态,从全省、地区以及地级市3个空间尺度分别讨论了广东省NPP分布格局及动态。并对广东省3种典型森林类型:阔叶林、针叶林和混交林20aNPP的动态进行了分析。结果表明,1981~2000年,广东省平均NPP为(1480±407)g/(m.2a),NPP的年间变化较大。20世纪80年代早期(1980~1985),广东省NPP相对较低,为(1443±57)g/(m.2a),80年代后期(1986~1990)NPP达到最大,为(1534±121)g/(m.2a),90年代前期(1991~1995)有所降低,降至(1460±89)g/(m.2a),90年代后期(1996~2000年)又有一定回升,达到(1484±74)g/(m.2a)。全省NPP分布呈现明显的地域性差异,表现为西南沿海地区>东南沿海地区>内陆地区的趋势,这主要是由3个地区的植被组成、水热条件以及农田的分布状况决定的。根据1981~1985年、1986~1990年、1991~1995年、1996~2000年4个阶段NPP的动态把全省21个地级市划分为3种类型:NPP稳定型,包括韶关、清远、河源等12个市;NPP增长型,包括潮州、揭阳、汕尾、和湛江4个市,分别以59、39、45、46g/m.25a的速率增加;以及NPP下降型,包括佛山、中山、深圳、东莞、珠海5个市,NPP分别以114、113、87、75、75g/m.25a的速率下降,这种下降和土地覆盖/利用方式的改变有密切关系。3种主要森林类型阔叶林、针叶林、混交林20a平均NPP分别为(1391±372)g/(m.2a)、(1364±390)g/(m.2a)和(1704±450)g/(m.2a),其中混交林NPP与阔叶林NPP、针叶林NPP差异显著(P<0.05)。     

Development of Standard Fuel Models in Boreal Forests of Northeast China through Calibration and Validation

Understanding the fire prediction capabilities of fuel models is vital to forest fire management. Various fuel models have been developed in the Great Xing''an Mountains in Northeast China. However, the performances of these fuel models have not been tested for historical occurrences of wildfires. Consequently, the applicability of these models requires further investigation. Thus, this paper aims to develop standard fuel models. Seven vegetation types were combined into three fuel models according to potential fire behaviors which were clustered using Euclidean distance algorithms. Fuel model parameter sensitivity was analyzed by the Morris screening method. Results showed that the fuel model parameters 1-hour time-lag loading, dead heat content, live heat content, 1-hour time-lag SAV(Surface Area-to-Volume), live shrub SAV, and fuel bed depth have high sensitivity. Two main sensitive fuel parameters: 1-hour time-lag loading and fuel bed depth, were determined as adjustment parameters because of their high spatio-temporal variability. The FARSITE model was then used to test the fire prediction capabilities of the combined fuel models (uncalibrated fuel models). FARSITE was shown to yield an unrealistic prediction of the historical fire. However, the calibrated fuel models significantly improved the capabilities of the fuel models to predict the actual fire with an accuracy of 89%. Validation results also showed that the model can estimate the actual fires with an accuracy exceeding 56% by using the calibrated fuel models. Therefore, these fuel models can be efficiently used to calculate fire behaviors, which can be helpful in forest fire management.     

坡地土壤溶质迁移参数的空间变异特性

以氯离子为示踪离子,以41m×5m径流小区为研究区域,采用原状土柱法,通过拟合穿透曲线估计了氯离子在坡地土壤中的迁移参数,并利用经典统计学和地统计学理论分析了溶质迁移参数在坡面的空间变异特征.结果表明,平均孔隙流速从坡上到坡下有逐渐增加的趋势,属于中等程度变异,在坡面的变异具有漂移特征;弥散系数在距坡顶0～20 m范围内变化不大,20 m以下呈逐渐上升趋势,属于中等程度变异,具有空间自相关特征,其自相关特征长度为21 m;弥散度从坡上到坡下有逐渐增加的趋势,属于中等程度变异,具有空间自相关特征,其自相关特征长度为10 m.     

喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征

基于网格(20m×20m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地(200m×100m)土壤养分的空间变异特征.结果表明:研究区土壤pH值表现为弱变异,其他各养分指标均为中等程度变异,大小顺序为速效磷(AP)速效钾(AK)碱解氮(AN)土壤有机质(SOM)全钾(TK)全磷(TP)全氮(TN);pH半变异函数的最佳拟合模型为球状模型,TK和AK的最佳拟合模型为指数模型,其他养分指标的最佳拟合模型均为高斯模型;pH、AK的变异尺度(变程)较小,分别为58.1和41.1m,SOM、TN、TP、AN、AP的变异尺度相近,在100～150m,TK的变异尺度最大(463.5m);除研究区土壤TK、TN表现为中等的空间自相关性外,其他土壤养分指标均表现为强烈的空间自相关性.pH、AK呈零星斑块状分布,表现为高异质性;SOM、TP、TK的变化趋势较平缓,呈中间高、两边低的分布格局;AN、AP的空间分布具有显著的相似性,均随坡度的增加而呈片状上升趋势;TN的分布较特殊,呈中间低、两边高的趋势.植被、地形和高异质性的微生境是造成喀斯特木论自然保护区土壤养分格局差异的主要因素.     

Forest biomass energy: assessing atmospheric carbon impacts by discounting future carbon flows

Although forest biomass energy was long assumed to be carbon neutral, many studies show delays between forest biomass carbon emissions and sequestration, with biomass carbon causing climate change damage in the interim. While some models suggest that these primary biomass carbon effects may be mitigated by induced market effects, for example, from landowner decisions to increase afforestation due to higher biomass prices, the delayed carbon sequestration of biomass energy systems still creates considerable scientific debate (i.e., how to assess effects) and policy debate (i.e., how to act given these effects). Forests can be carbon sinks, but their carbon absorption capacity is finite. Filling the sink with fossil fuel carbon thus has a cost, and conversely, harvesting a forest for biomass energy – which depletes the carbon sink – creates potential benefits from carbon sequestration. These values of forest carbon sinks have not generally been considered. Using data from the 2010 Manomet Center for Conservation Sciences ‘Biomass sustainability and carbon policy study’ and a model of forest biomass carbon system dynamics, we investigate how discounting future carbon flows affects the comparison of biomass energy to fossil fuels in Massachusetts, USA. Drawing from established financial valuation metrics, we calculate internal rates of return (IRR) as explicit estimates of the temporal values of forest biomass carbon emissions. Comparing these IRR to typical private discount rates, we find forest biomass energy to be preferred to fossil fuel energy in some applications. We discuss possible rationales for zero and near‐zero social discount rates with respect to carbon emissions, showing that social discount rates depend in part on expectations about how climate change affects future economic growth. With near‐zero discount rates, forest biomass energy is preferred to fossil fuels in all applications studied. Higher IRR biomass energy uses (e.g., thermal applications) are preferred to lower IRR uses (e.g., electricity generation without heat recovery).     

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。     

Fire disturbance and forest structure in old‐growth mixed conifer forests in the northern Sierra Nevada,California

Question: This study evaluates how fire regimes influence stand structure and dynamics in old‐growth mixed conifer forests across a range of environmental settings. Location: A 2000‐ha area of mixed conifer forest on the west shore of Lake Tahoe in the northern Sierra Nevada, California. Methods: We quantified the age, size, and spatial structure of trees in 12 mixed conifer stands distributed across major topographic gradients. Fire history was reconstructed in each stand using fire scar dendrochronology. The influence of fire on stand structure was assessed by comparing the fire history with the age, size, and spatial structure of trees in a stand. Results: There was significant variation in species composition among stands, but not in the size, age and spatial patterning of trees. Stands had multiple size and age classes with clusters of similar aged trees occurring at scales of 113 ‐ 254 m². The frequency and severity of fires was also similar, and stands burned with low to moderate severity in the dormant season on average every 9–17 years. Most fires were not synchronized among stands except in very dry years. No fires have burned since ca. 1880. Conclusions: Fire and forest structure interact to perpetuate similar stand characteristics across a range of environmental settings. Fire occurrence is controlled primarily by spatial variation in fuel mosaics (e.g. patterns of abundance, fuel moisture, forest structure), but regional drought synchronizes fire in some years. Fire exclusion over the last 120 years has caused compositional and structural shifts in these mixed conifer forests.