森林火旋风研究进展

火旋风是林火蔓延过程中的特殊火行为现象,与树冠火和飞火关系密切.火旋风的发生机理在于旋转涡的生成和发展.构建室内火旋风模拟发生装置是当前火旋风研究的常用方法.在室内模拟试验中,红外热像和热电偶可用于测量火焰温度,高速摄影、三维激光多普勒和皮托管用于测量火旋风的转速.基于室内实验数据,可构建模拟火旋风发生发展的三维模型.     

基于可视中国人高分辨人体结构数据集的辐射剂量模拟研究进展

中国数字化辐射虚拟人研究是以中国数字人高分辨三维结构数据集为基础,构建可用于蒙特卡洛辐射模拟的三维计算模型,并实现X射线、中子、质子等多粒子多能级的仿真计算。论著中讨论了基于高分辨人体结构数据集的辐射模型构建过程和特点,以及蒙特卡洛模拟软件,并将剂量测定结果与现有的国外人体模型模拟数据进行了比较。中国数字化辐射虚拟人模型是具备中国人体特征的辐射模型。计算结果很大程度上补充或校正了现有放射学计量数据集,为临床放疗规划、核医药、核辐射防护设计提供精确量化参考。     

大兴安岭人为火发生影响因素及气候变化下的趋势

我国重要的北方针叶林地区大兴安岭是林火高发地区.受气候变暖影响,该地区林火发生频率将会发生显著变化.模拟人为火的发生分布与影响因素之间的关系、加强气候变化下人为火的发生分布预测,对于林火管理和减少森林碳损失具有重要作用.本文采用点格局分析方法,基于大兴安岭1967—2006年的火烧数据,建立人为火空间分布与影响因素之间的关系模型,该模型以林火发生次数为因变量,选取非生物因子(年均温和降水量、坡度、坡向和海拔)、生物因子(植被类型)和人为活动因子(距离道路距离、距离居民点距离、道路密度)共9个因子为自变量.并采用RCP 2.6和RCP 8.5气候情景数据代替当前气候情景预测2050年大兴安岭人为火的空间分布状况.结果表明: 点格局模型能够较好地模拟人为火发生分布与空间变量的关系,可以预测未来气候下人为火的发生概率.其中,气候因子对人为火的发生具有明显的控制作用,植被类型、海拔和人为活动等因子对人为火的发生也具有重要影响.林火发生预测结果表明,未来气候变化下,南部地区的林火发生概率将进一步增加,北部和沿主要道路干线附近将成为新的人为火高发区.与当前相比,2050年大兴安岭人为火的发生概率将增加72.2%～166.7%.在未来气候情景下,人为火的发生更多受气候和人为活动因素的控制.     

模拟微重力条件下 WB-F344细胞的三维培养

与传统的单层平面培养相比,细胞三维培养可更好地模拟生物体内细胞的生长状态和微环境.以Cytodex-3微载体为支持物,利用旋转式细胞培养系统（RCCS）模拟微重力条件,悬浮培养法构建大鼠WB-F344细胞微重力三维培养模型.并通过细胞计数、光学显微镜、透射电镜、逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）和流式细胞术等方法分析了细胞增殖、显微结构、粘附分子及钙粘蛋白（E-cadherin）表达情况.结果表明,模拟微重力三维培养条件下WB-F344细胞增殖块,呈紧密多层排列、可见丰富的微绒毛和线粒体、胞间有桥粒和紧密连接形成,细胞粘着力加强、表现出良好的三维生长特征;与静置三维培养相比,纤粘连蛋白（Fn）mRNA表达呈上调趋势,细胞内E-cadherin表达量增加,这可能是微重力效应下细胞粘附力增强的部分机制.该培养体系可能有利于细胞之间,细胞与胞外基质之间相互作用及其作用机制的研究.     

三维工程化肿瘤模型的构建及应用

肿瘤微环境指肿瘤细胞发生及转移所处的复杂三维环境。传统研究多让细胞生长在二维培养瓶或培养皿中,缺少肿瘤转移过程中复杂的细胞-细胞和细胞-基质间的动态联系,难以反映肿瘤组织的自身特点以及阐明肿瘤细胞转移的机制,也限制了有效药物的准确检测。为阐明原发性肿瘤微环境的特点,多种生物模拟的三维工程化肿瘤模型已被用于实验和临床研究,即将肿瘤基质细胞、基质组分、生物化学和生物物理学信号整合于同一个时空系统。本文总结了典型三维工程化肿瘤的构建及应用。     

三维细胞培养技术应用于肿瘤细胞的研究进展

三维细胞培养是一种模拟细胞在体内微环境生长的新兴培养技术。在三维支架中细胞能以三维空间的方式生长,并以三维方式与周围的微环境交互作用,能充分体现肿瘤细胞的黏附、侵袭及远端转移过程,可作为动物模型和二维培养模型之间的桥梁。三维细胞培养技术广泛应用于肿瘤模型构建、肿瘤细胞生理学研究以及肿瘤耐药机制分析等的研究。     

三维细胞培养与肿瘤细胞恶性表型研究

了解肿瘤细胞与微环境的相互作用,对研究肿瘤的发生、发展及抗癌药物的筛选具有重要意义。三维细胞培养技术近年被用于研究肿瘤细胞恶性表型,与传统二维细胞培养相比．它可以模拟体内细胞生长的微环境,是研究肿瘤细胞恶性表型、细胞与细胞外基质信号传递的有力工具。     

我国北方针叶林人为火发生的预测模型

我国北方针叶林带是重要的森林资源储藏地,也是林火发生的重灾区,其自然火和人为火所占比例相当. 气象因子、地形特征、植被条件、人为基础设施等因素对人为火发生具有显著影响,国内目前应用空间分析技术对北方针叶林带人为火影响因子的研究还存在一定不确定性. 本文基于1974—2009年间人为火的空间地理坐标,结合研究地的气象因子、基础地理信息及矢量化林相图,应用ArcGIS 10.0中的空间分析工具和SPSS 19.0的逻辑斯蒂回归模型对影响人为火发生的主要驱动因子进行分析,并建立人为火发生的概率模型. 利用HADCM2模式下研究区域未来气象数据对塔河地区2015年人为火发生情况进行计算.结果表明： 距离铁路距离（x₁）和平均相对湿度（x₂）对研究区域人为火发生具有显著影响,并得到火险概率模型P=1/［1+e^{-(3.026-0.00011x1-0.047x₂)}］. 模型校验结果显示,模型的准确度可达到80%.林火发生预测结果表明,塔河地区2015年 4—6月、8月为人为火高发期,其中,4—5月的林火发生概率最高.从火险空间分布来看,高火险主要集中在塔河西部和西南部,铁路线路主要包含在此区域.     

胶原蛋白-壳聚糖支架的构建及其与骨髓基质干细胞复合的实验研究

目的:构建一种组织工程神经支架,并观察体外培养的骨髓基质干细胞在其内部的生长情况,为后续种子细胞的移植提供阶段性实验数据.方法:以Ⅰ型胶原蛋白和壳聚糖为原料通过冷冻干燥技术制备神经支架,扫描电镜观察其内部结构,测量其孔径大小、孔隙率等指标.将体外培养的骨髓基质干细胞与Ⅰ型胶原蛋白-壳聚糖神经支架复合,共培养2天;扫描电镜观察细胞在支架内部的生长情况.结果:构建的神经支架均为圆柱状,内部为纵向平行排列的孔径均匀的微管样结构,细胞紧密贴附在支架微孔内壁上,细胞生长状况良好.结论:Ⅰ型胶原蛋白-壳聚糖支架具有良好的内部三维结构和生物相容性,可与细胞复合后用于修复周围神经缺损.     

工程化骨软骨生理微环境构建方法及研究进展

骨组织工程是通过在体外构建有正常组织功能或疾病生理特点的临床模型,用以药物筛选,或研究疾病发生发展过程。骨骼肌肉系统是载重系统,其功能与组织结构、细胞外基质等密切相关。在构建骨组织体外模型时,需要结合骨、软骨及其他构成成分的生理微环境,表现关节骨软骨接合处的生理特点及作用机制,进而模拟正常及病理状态下骨组织系统对刺激的反应。本综述从骨软骨组织的生理构造入手,阐述了骨软骨连接处在退行性关节病变发生发展过程中的作用,并系统的论述了体外构建三维骨软骨组织的方法及这些方法的优势和局限性,为体外构建骨软骨组织工程在临床上应用提供支持。     

FARSITE火行为模型的原理、结构及其应用

应用空间直观火行为模型模拟大的时空尺度上的林火蔓延过程成为林火管理、规划和科学分析的有效工具。FARSITE(Fire Area Simulator)是一个基于热物理、燃烧学和试验理论为一体的空间直观火行为模型,它集成了现有的地表火、树冠火、飞火和火加速等子模型。FARSITE能够利用GIS和RS提供的空间数据,模拟大时空尺度的林火蔓延,模拟结果能够以地图形式输出,反映林火行为的瞬时状态。本文介绍了FARSITE模型的基本原理、结构和运行机制,并将其应用到丰林自然保护区林火蔓延模拟,以期为国内林火管理和火行为模型的开发提供参考。     

虚拟森林景观中林火蔓延模型及三维可视化表达

传统上的林火模拟通常只选用一种林火模型,用一个简单的椭圆预测林火蔓延时火场各个位置的情况,与现实中火灾蔓延状况相差甚远,而且以往的林火蔓延是基于二维可视化表达,表达信息有限.本系统采用现今运用最广泛的Rothermel模型,利用Huygen原理,并以改进的粒子系统方法三维模拟在不同的风速、坡度下林火在火场不同位置的扩散行为.采用该方法模拟林火扩散行为,不仅能实时显示受灾面积、火势蔓延的方向、火势大小,且能给人以真实感.并将该方法成功地应用于福建漳浦林区.     

西南林区森林火灾火行为模拟模型评价

林火火行为特征是进行及时有效的林火预防和扑救的重要技术参考,国外普遍做法是借助火行为模拟模型进行获取.本文选用美国和加拿大行业普遍使用的Farsite和Prometheus火行为模拟模型对发生在中国西南林区的安宁“3·29”森林大火进行模拟,通过对比模拟结果和相关林火资料,定量评价模型的模拟精度.结果表明: 在蔓延范围模拟方面,Farsite在Scott可燃物模型下的模拟精度最高,Prometheus最差,但差距不大,Farsite与Prometheus火场范围的差异区主要集中在云南松分布区;在蔓延速度(ROS)模拟方面,Farsite在2种可燃物模型下的平均ROS模拟输出最接近实际情况,Prometheus则偏离实际情况较远,Farsite与Prometheus的ROS差异区主要集中在云南松分布区;在火线强度(FLI)模拟方面,Farsite在2种可燃物模型下的平均FLI模拟输出结果类似,Farsite与Prometheus的输出差异较大,差异区主要集中在栎类灌木分布区.     

不同烈度林火干扰下呼中国家级自然保护区森林各碳库储量的动态变化

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。     

美国野地-城市交界域火灾管理概述及对我国的启示

随着全球人口增长,世界范围内野地-城市交界域(WUI)正在加速扩张。美国的WUI面积大、分布广、聚集人口多,由于交界域直接与森林植被相贯通,极易受到林火影响,区域范围内人类生命财产安全面临巨大威胁。经过长期的火灾管理实践,美国形成了一套较为完善的WUI林火预防、扑救管理体系。本文从美国WUI的形成方式、火灾发生情况、预防扑救措施等几方面系统总结了美国WUI火灾的管理体系。此外,本文分析了我国WUI火灾管理的现状及存在问题,并基于美国经验提出了完善我国WUI火灾管理的六点建议:(1)制定交界域消防管理计划;(2)合理利用计划火烧;(3)研发火灾预警系统;(4)增强社区防火能力;(5)提高消防员灭火水平;(6)完善火灾扑救策略。     

The role of fire in terrestrial vertebrate richness patterns

Productivity is strongly associated with terrestrial species richness patterns, although the mechanisms underpinning such patterns have long been debated. Despite considerable consumption of primary productivity by fire, its influence on global diversity has received relatively little study. Here we examine the sensitivity of terrestrial vertebrate biodiversity (amphibians, birds and mammals) to fire, while accounting for other drivers. We analyse global data on terrestrial vertebrate richness, net primary productivity, fire occurrence (fraction of productivity consumed) and additional influences unrelated to productivity (i.e., historical phylogenetic and area effects) on species richness. For birds, fire is associated with higher diversity, rivalling the effects of productivity on richness, and for mammals, fire's positive association with diversity is even stronger than productivity; for amphibians, in contrast, there are few clear associations. Our findings suggest an underappreciated role for fire in the generation of animal species richness and the conservation of global biodiversity.     

Terrestrial ecosystems from space: a review of earth observation products for macroecology applications

Aim Earth observation (EO) products are a valuable alternative to spectral vegetation indices. We discuss the availability of EO products for analysing patterns in macroecology, particularly related to vegetation, on a range of spatial and temporal scales. Location Global. Methods We discuss four groups of EO products: land cover/cover change, vegetation structure and ecosystem productivity, fire detection, and digital elevation models. We address important practical issues arising from their use, such as assumptions underlying product generation, product accuracy and product transferability between spatial scales. We investigate the potential of EO products for analysing terrestrial ecosystems. Results Land cover, productivity and fire products are generated from long‐term data using standardized algorithms to improve reliability in detecting change of land surfaces. Their global coverage renders them useful for macroecology. Their spatial resolution (e.g. GLOBCOVER vegetation, 300 m; MODIS vegetation and fire, ≥ 500 m; ASTER digital elevation, 30 m) can be a limiting factor. Canopy structure and productivity products are based on physical approaches and thus are independent of biome‐specific calibrations. Active fire locations are provided in near‐real time, while burnt area products show actual area burnt by fire. EO products can be assimilated into ecosystem models, and their validation information can be employed to calculate uncertainties during subsequent modelling. Main conclusions Owing to their global coverage and long‐term continuity, EO end products can significantly advance the field of macroecology. EO products allow analyses of spatial biodiversity, seasonal dynamics of biomass and productivity, and consequences of disturbances on regional to global scales. Remaining drawbacks include inter‐operability between products from different sensors and accuracy issues due to differences between assumptions and models underlying the generation of different EO products. Our review explains the nature of EO products and how they relate to particular ecological variables across scales to encourage their wider use in ecological applications.     

Potentials and limitations for human control over historic fire regimes in the boreal forest

Fire, being both a natural and cultural phenomenon, presents problems in disentangling the historical effect of humans from that of climate change. Here, we investigate the potential impact of humans on boreal fire regimes from a perspective of fuels, ignitions and culture. Two ways for a low technology culture to impact the fire regime are as follows: (i) by altering the number of ignitions and their spatial distribution and timing and (ii) by hindering fire spread. Different cultures should be expected to have quite different impacts on the fire regimes. In northern Fennoscandia, there is evidence for fire regime changes associated with the following: a reindeer herding culture associated with few ignitions above the natural; an era of cattle husbandry with dramatically increased ignitions and somewhat higher fire frequency; and a timber exploitation era with decreasing fire sizes and diminishing fire frequency. In other regions of the boreal zone, such schemes can look quite different, but we suggest that a close look at the resource extraction and land use of different cultures should be part of any analysis of past fire regimes.