吉林省主要林型森林火灾的碳量释放

火是森林生态系统主要的干扰因子,森林火灾的频繁发生不仅使森林生态系统遭到破坏,同时也造成了含碳温室气体的大量释放。国际上对森林火灾释放温室气体的研究越来越多,中国学者也对我国森林火灾释放的温室气体进行了研究。当前,对森林火灾释放碳量的估算主要应用平均生物量数据,而不是应用每次森林火灾实际燃烧的生物量,另外对林型森林火灾碳释放的差异研究不够深入。根据每次森林火灾实际燃烧的生物量来研究吉林省主要林型森林火灾碳释放。根据吉林省1969—2004年的森林火灾统计数据,计算出了吉林省主要林型森林火灾释放碳量。其中,白桦林、阔叶混交林、针阔混交林、落叶松林、柞树林、杨树林和红松林森林火灾直接释放的碳量占1969—2004年吉林省森林火灾碳释放总量的99.7%。白桦林、阔叶混交林、针阔混交林、落叶松林、柞树林、杨树林和红松林森林火灾年均释放的碳量分别为6593.75-8791.66、5650.28-7533.71、3906.57-5208.76、2110.75-2814.33、1613.71-2151.61、295.49-393.98、234.37-312.50 t。用排放比法得出了吉林省主要林型森林火灾释放的CO2、CO、CH4量。白桦林、阔叶混交林、针阔混交林、落叶松林、柞树林、杨树林和红松林森林火灾年均释放的CO2量分别为21759.36-29012.48、18645.93-24861.24、12891.69-17188.92、6965.46-9287.29、5325.25-7100.33、975.11-1300.14、773.43-1031.24 t,年均释放的CO量分别为1583.09-2110.78、1356.57-1808.76、937.93-1250.57、506.77-675.69、387.43-516.58、70.94-94.59、56.27-75.03 t,年均释放的CH4量分别为534.71-712.94、458.20-610.93、316.80-422.39、171.17-228.22、130.86-174.48、23.96-31.95、19.01-25.34 t。通过时间系列分析,白桦林自1980年以后、针阔混交林自1984年以后和红松林自1983年以后已经不是主要森林火灾碳释放林型。目前主要森林火灾碳释放林型为阔叶混交林、落叶松林、柞树林和杨树林,特别是柞树林,年均碳释放为237.12-316.16 t。     

不同火灾强度下森林植被的自然恢复

按照与火灾发生区的方位将森林划分为火灾核心区、火灾边缘区、地下火发生以及对照(未发生火灾)等四类;同时,按照树种将其划分为兴安落叶松纯林、白桦纯林及兴安落叶松、白桦混交林等三类,对阿尔山地区1998年"5.13"雷击火发生迹地林下植被的自然恢复状况进行了调查.结果表明:提出的分级标准能够反映林分遭受不同强度火灾后植被恢复状况的差异.火灾核心区受害程度最重,在物种丰富度、物种多样性、灌草地上生物量等方面均居于最低水平;地下火发生区林受害部分多在地下,各项指标位居次要地位;火灾边缘区林分虽受到一定的危害,但各项指标在所有受害林分中居最高水平.不同程度受害区域内的乔灌木年轮数呈现随危害程度增加而减少的趋势.混交林的恢复力强于纯林,兴安落叶松也显示了比白桦更强的恢复力.通过林下阳性植物与阴性植物代表种相对盖度的比值变化,对林下植被的灾后演替进行了研究,结果表明,火灾核心区林位于林窗阶段,地下火发生林处于建立阶段,而火灾边缘区林与对照均处于成熟阶段.对火灾后的人工改善措施进行探讨.文章提出从年轮的宽度与分布规律、林分初级生产力与灌草地上生物量的关系及林分节肢动物群落等方面做深入分析.     

兴安落叶松林火灾变阀值的研究

本文在建立系列林火生态数学模型的基础上,通过随机模拟,系统研究了兴安落叶松的林火灾变生态阀值,为森林生态系统的减灾防灾提供了一定的依据。     

不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型

火灾是影响森林生态系统过程的重要干扰之一,其对森林生态系统内各生态因子的响应各不相同.由于植被状况及生态环境的不同,森林火灾的时空分布特征在中国不同植被气候类型内表现不同,根据植被气候类型分类系统,将中国主要森林火灾地区划分为4个区域:东北(冷温带松林)、华北(落叶阔叶林)、东南(常绿阔叶林)和西南(热带雨林),应用遥感监测数据和地面环境数据,以时空变量、生态因子(植被生长变化指数、湿度等)为可选自变量,应用半参数化Logistic回归模型,就森林火险对不同生态影响因子的响应规律进行了分析,建立了基于生态因子的着火概率模型和大火蔓延概率模型,通过模拟及实际数据散点图、火险概率图,评估了模型应用价值.结果表明,土壤湿度及植被含水量在落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林地区对着火概率影响显著.在4个植被气候区内,土壤及凋落物湿度对大火蔓延的作用较小.在冷温带松林、落叶阔叶林、常绿阔叶林地区,植被生长的年内变化对火灾发生的影响显著,在常绿阔叶林地区,年内植被生长变化对大火蔓延的作用较小.森林火险概率与各生态因子的相关关系主要呈现出非线性.不同植被气候区内,火险概率受不同生态因子组合的影响,这与不同区域的植被状况及生态环境不同有关.在不同植被气候类型,应用时空变量、生态因子建立半参数化logistic回归模型,进行着火概率和大火蔓延概率的模拟具有可行性和实际应用能力.为进一步分析森林生态系统与火灾之间的动态关系、展开生态系统火灾干扰研究提供了理论基础.     

大兴安岭2001-2010年森林火灾碳排放的计量估算

林火是森林生态系统重要的干扰因子,是导致植被和土壤碳储量减少的重要路径之一。森林火灾总碳和含碳气体的排放对气候变化具有重要影响,科学有效地对其进行计量,对了解全球的碳平衡和碳循环,以及森林火灾对大气碳平衡的影响机理均有重要意义。大兴安岭是我国唯一的寒温带针叶林区,又是森林火灾的多发区,科学计量该区森林火灾的碳排放量,对了解区域碳平衡具有重要意义。根据大兴安岭2001—2010年森林火灾统计资料和森林资源清查中各林型可燃物载量数据,通过野外调查和采样,并结合野外火烧迹地调查与室内控制环境实验相结合的方法确定各种计量参数,从林分水平上计量大兴安岭2001—2010年间森林火灾所排放的总碳和含碳气体排放量。结果表明:大兴安岭在10a间森林火灾所排放的总碳量为5.36×106t;含碳气体排放量CO2、CO、CH4和NMHC分别为1.73×107t、1.10×106t、7.10×104t和3.50×104t。通过分析可知3种兴安落叶松林型(杜鹃-落叶松林、杜香-落叶松林和草类-落叶松林)对该区的碳排放具有重要贡献,占总碳排放量的83.08%,占含碳气体排放量CO2、CO、CH4和NMHC分别为83.36%、82.25%、57.96%、81.00%。同时研究表明,该区年均的碳排放对区域碳平衡产生重要影响。     

1987年大兴安岭特大火灾后不同管理措施对落叶松林的长期影响

采用空间直观景观模型(LANDIS)模拟了3种不同经营措施(假设1987年未发生特大火灾,完全依靠天然更新(M₁);1987年特大火灾发生后依靠天然更新(M₂)和火灾后采取目前森林经营措施 (M₃))下图强林业局落叶松及其成过熟林300年的动态变化.结果表明:林业局整体水平上,M₁和M₃方案下落叶松林面积占森林总面积的比例明显高于M₂方案.M₃方案下落叶松面积比例开始时低于M₁方案,但由于大规模的人工更新,随后迅速增加,约100年后赶上M₁方案.不同经营措施对落叶松面积百分比影响较大,并对其年龄结构有显著影响.M₁方案下落叶松成过熟林面积比例明显高于M₂方案;而在M3方案下,由于火后10年大规模的森林采伐,落叶松成过熟林的面积比例锐减,随后逐渐增加,但需要近100年才能达到并超过其他2种方案.此外,在火烧区和未火烧区,落叶松及其成过熟林在不同经营措施下的变化趋势存在明显差异.     

杉木萌芽林林冠下营造细柄阿丁枫与木荷的生态效益的研究

 本文通过对杉木萌芽林林冠下营造中亚热带常见乡土阔叶树种——细柄阿丁枫与木荷后,形成的杉阔混交林的两年定位观测研究,结果表明：杉木萌芽林改造成细柄阿丁枫杉木混交林与木荷杉木混交林后,林分水源涵养功能增强,土壤肥力提高,林内小气候得到改善,林分抗御火灾能力增强。杉木林冠下营造乡土阔叶树种是改良杉木林生态环境质量,科学经营杉木低产林的有效生物措施之一。     

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.     

火灾对马尾松林地土壤特性的影响

通过与马尾松(Pinus massoniana)林(对照)对比的方法,研究了广东河源马尾松火灾4 a后土壤(0-20 cm)的物理性质、有机质和养分含量、土壤微生物及酶活性的变化,为了解火灾后的马尾松林土壤退化机理提供依据.火灾引起的土壤升温和灰分沉积改变了土壤的物理、化学和生化特性,造成了土壤质量的全面下降.火灾使土壤变得紧实,恶化了通气透水性.与对照相比,火灾的土壤容重显著增加了11％,土壤毛管孔隙比例增加了6％,非毛管孔隙和总孔隙的比例分别显著减少了30％和8％,土壤毛管持水量下降了5％,土壤中＜0.01 mm粘粒的比例显著下降了16％.火灾通过氧化、挥发、淋溶和侵蚀等途径减少土壤养分含量.火灾对土壤pH影响不显著,仅下降了3％,但是土壤有机质、全N、全P和全K含量比对照分别减少了43％、29％、23％和36％,水解N、速效P和速效K含量分别比对照减少了43％、20％和47％,均达到极显著水平.火灾引起的高温和环境改变影响了土壤微生物的生存,火灾后的土壤细菌显著下降了16％,真菌和放线菌数量分别下降了3％和2％,土壤脲酶、土壤磷酸酶和过氧化氢酶活性分别比对照显著下降了46％、61％和19％.火灾通过氧化、挥发、淋溶和侵蚀等途径减少了有机质和养分含量,导致土壤孔隙减少,保持水分功能减弱,微生物数量减少和酶活性下降,引起地力衰退.     

云贵高原抚仙湖近13300年的花粉/炭屑记录*

抚仙湖是云贵高原著名的断陷深水湖,其沉积物蕴藏着流域地质历史时期丰富的环境信息。对钻取自该湖的900cm 湖泊沉积物岩芯进行花粉/炭屑分析及花粉数据的主成分分析表明,抚仙湖流域的植被、气候与火灾在过去的13 300年经历了5个阶段的变化：(1)13 300—10 400cal．a BP,植被以松林为主,伴有山地暗针叶林和常绿阔叶林,表明该时期气候较为冷湿,森林火灾多发,在后期随着温度和湿度的降低,森林火灾愈加频繁。(2)10 400—5 700cal．a BP,松林收缩,常绿阔叶林扩张,出现一定数量的落叶阔叶林,显示该时期气候偏暖偏干;此阶段早期随着气候变暖变干森林火灾的发生延续上阶段高发的状态,直到9 500cal．a BP后随着湿度的增加森林火灾明显减少。(3)5 700—1 800cal．a BP,松林变化较小,常绿/落叶阔叶林比重增大,首次出现了暖热性的枫香林,显示该时期暖湿的气候特征,火灾发生频率低。(4)1 800—500cal．a BP,松林扩张,阔叶林收缩,本阶段后期草本植被比重开始增加,显示该时期气候相对冷干,森林火灾发生频率较高。(5)500cal．a BP至今,松林收缩,落叶阔叶树种增多,草本植物花粉明显增多,显示该时期气候温凉偏干,森林火灾发生频率降低。     

我国林火发生预测模型研究进展

通过文献回顾,总结了国内林火发生预测模型的研究现状,并从林火发生驱动因子、林火发生概率预测模型、林火发生频次预测模型和模型检验方法等方面进行归纳分析。得出以下结论: 1)气象、地形、植被、可燃物、人类活动等因素是影响林火发生及模型预测精度的主要驱动因子;2)林火发生概率模型中,地理加权逻辑斯蒂回归模型考虑了变量之间的空间相关性,Gompit回归模型适宜非对称结构的林火数据,随机森林模型不需要多重共线性检验,在避免过度拟合的同时提高了预测精度,是林火发生概率预测模型的优选方法之一;3)林火发生频次模型中,负二项回归模型更适合对过度离散数据进行模拟,零膨胀模型和栅栏模型可以处理林火数据中包含大量零值的问题;4)ROC检验、AIC检验、似然比检验和Wald检验方法是林火概率和频次模型的常用检验方法。林火发生预测模型研究仍是我国当前林火管理工作的重点,预测模型的选择需要依据不同地区林火数据特点。此外,构建林火预测模型时需要考虑更多的影响因素,以提高模型预测精度;未来,需要进一步探索其他数学模型在林火发生预测中的应用,不断提高林火发生预测模型的准确度。     

Belonging probability inverse image approach for forest fire detection

We present a method for early forest fire detection from a satellite image using the belonging probability matrix image. We have considered each satellite image matrix line as a realization of a nonstationary random process in the thermal infra‐red (TIR) spectral band and then divided each line into very small stationary and ergodic intervals to obtain an adequate mathematical model. Furthermore, the pixels of the satellite image are considered to be statistically independent; thus, any small interval of each line behaves, naturally, as a Gaussian stationary noise. In this work, we have, therefore, selected the latter as a mathematical model for modelling these intervals of a satellite image without fire, and then, we have determined the parameters of this Gaussian realization. So, when a fire occurs in this forest zone, we can use these parameters to calculate its belonging probability to the original image without fire. This probability should be very small because the fire, in any forest, can be considered as a rare event. As a consequence, we have presented a matrix image of the probability inverse of each interval for a better fire detection observation.     

Networks of forest ecosystems: Mathematical modeling of their biotic pump mechanism and resilience to certain patch deforestation

We propose an innovative mathematical model for studying the dynamics of a complex network of forest ecosystems, in which two forest patches interact which each other through water exchanges. Our model reproduces a recently analyzed principle of constant precipitation quantity over densely forested areas. We perform a stability and bifurcation analysis and show that the distance separating two forest ecosystems can attract a part of the network to an extinction state. We incorporate a randomly generated perturbation modeling deforestation and investigate the effect of the level of deforestation on the equilibrium states of the network. We also exhibit an original type of synchronization in the case of densely distributed forest ecosystems.     

Forest Fire in Early Holocene Forest Changes at Lake Barrine,Australia

Fire is one of major factors in forest ecosystem. This paper presents results of charcoal and pollen analysis on Early Holocene sediments in Lake Barrine, Australia. Time series analysis and mathematical modeling were used to infer patterns of forest fire, relationship between fire and major vegetation elements and the roles forest fire played in forest changes. The analysis shows that in Early Holocene fire frequencies in this area decreased from one major fire in less than 50 years in the early Eucalyptus forest stage (zone S1) to one in 230 years in the later stage (zone S2). After the establishment of rainforest, fire activities were much weaker. The effects of fire on three major elements of Eucalyptus forest varied according to their different fire adaptive traits. In process of the change from Eucalyptus, forest to rainforest, fire protected-the former and delayed.the establishment of the later.     

雷击火发生的影响因子与预测研究进展

雷击火是最重要的自然火源,由此引发的森林火灾给人类和生态环境都带来了巨大损失,各国都非常重视对其预测研究.本文以影响雷击火形成的主要因素为切入点,着重分析了云地闪特征、可燃物、气象和地形4个因素对雷击火形成、发展的影响及作用机理;在此基础上,对雷击火预测研究中广泛使用的Logistic模型、K-函数等数学方法进行总结和评述,并对美国、加拿大的雷击火预测方法和流程进行介绍,最后对以往研究中的不足之处提出了探讨性的解决方案,并对未来的研究内容和趋势进行了分析,以期对我国的雷击火预测工作提供必要的理论依据和文献参考.     

Forest Fire Risk Analysis

Southern Europe suffers from forest fires. The management of these disasters is of importance to both government authorities and the public. This article presents the results of a research project aimed at modeling forest fire events and producing fire risk maps. The mathematical model is embedded in an ArcView Geographic Information System (GIS) platform. The interface is in Visual C++ 6.0. The thematic and individual risk maps generated are merged into an integrated risk map. The assessment platform (model, GIS, data, decision support) was applied to the area of northern Evia Island, central Greece, using five different scenarios. The platform provides a tool for use by authorities to estimate risks for forest fire management. The model was specifically adapted for the Olympic Games of 2004, Athens, Greece.     

大兴安岭地区森林雷击火与闪电的关系

林火是森林生态系统的重要影响因子.随着全球气候变暖,林火,特别是雷击火有增多的趋势.本文对我国东北大兴安岭地区1966-2007年的林火数据及相应的闪电和气象资料进行分析.结果表明:1966-2007年,该地区雷击火的次数及其过火面积都呈显著增加趋势.影响雷击火的气象条件与研究时间尺度有关,年尺度的雷击火与降水显著相关,相关系数达-0.489;月尺度的雷击火则与气温显著相关,相关系数为0.18.雷击火与闪电的关系也与时间尺度有关,年尺度的雷击火与闪电关系不明显,受降水影响较大;月尺度的雷击火与闪电具有较好的相关性,且受降水的影响;日尺度的雷击火在降水量＞5 mm时与闪电关系不明显,但当降水量＜5 mm时,雷击火与闪电次数呈正相关.据此,发展了基于闪电定位仪数据的火险指数算法以及大兴安岭地区的森林雷击火预报模型.经2005-2007年雷击火验证,该模型的预报准确率＞80％.     

Modeling Forest Fire Occurrences Using Count-Data Mixed Models in Qiannan Autonomous Prefecture of Guizhou Province in China

Forest fires can cause catastrophic damage on natural resources. In the meantime, it can also bring serious economic and social impacts. Meteorological factors play a critical role in establishing conditions favorable for a forest fire. Effective prediction of forest fire occurrences could prevent or minimize losses. This paper uses count data models to analyze fire occurrence data which is likely to be dispersed and frequently contain an excess of zero counts (no fire occurrence). Such data have commonly been analyzed using count data models such as a Poisson model, negative binomial model (NB), zero-inflated models, and hurdle models. Data we used in this paper is collected from Qiannan autonomous prefecture of Guizhou province in China. Using the fire occurrence data from January to April (spring fire season) for the years 1996 through 2007, we introduced random effects to the count data models. In this study, the results indicated that the prediction achieved through NB model provided a more compelling and credible inferential basis for fitting actual forest fire occurrence, and mixed-effects model performed better than corresponding fixed-effects model in forest fire forecasting. Besides, among all meteorological factors, we found that relative humidity and wind speed is highly correlated with fire occurrence.     

混合效应模型在林火发生预测中的适用性

林火是森林生态系统的重要影响因子,建立科学准确的林火预测预报模型对林火管理工作至关重要。本研究以不同气象因子为主要预测变量,基于Logistic回归和广义线性混合效应模型建立福建省林火发生预测模型,通过对比Logistic基础模型和广义线性混合效应模型的拟合度和预测精度,研究混合效应模型在林火预报中的适用性。结果表明: Logistic基础模型的受试者工作特征曲线下面积(AUC)值为0.664,验证准确率为60.4%。添加随机效应后,模型的拟合和检验精度均获得了提升。其中,考虑行政区划和海拔差异效应的两水平混合效应模型的表现最优,其AUC值和验证准确率分别比基础模型提升0.057和6.0%。用此混合效应模型对福建省各地区的林火发生概率进行预测的结果表明,福建省西北部和南部为林火中高发区域,西南部和东部为林火低发区域,与实际观测的火点分布一致。混合效应模型在数据拟合和林火发生预测方面均优于Logistic基础模型,可作为林火预测和管理的重要工具。     

论生态平衡和林火烈度

 本文探讨林火对森林生态系统的干扰,提出火烈度指标作为衡量标准。建议采用林木蓄积量作为森林生态系统的状态指数。根据林火蔓延过程的物理分析,导出一种模型化的燃烧蔓延方程,并对兴安落叶松(Larix gmelinii)在不同蔓延速度下计算了火烈度。结合火烧迹地调查资料指出在不同火烈度下,林火对森林生态系统的影响及其对策。