平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅱ.火焰长度和驻留时间影响因子分析与预测模型

以帽儿山地区蒙古栎凋落叶的含水率、载量和床层高度为控制变量,模拟野外凋落叶床层状态,进行了100次平地无风条件下的室内点烧试验,分析含水率、载量和床层高度对火焰长度和驻留时间的影响,并建立了多元线性预测模型.结果表明： 含水率与火焰长度呈极显著线性负相关(P<0.01),与驻留时间的线性关系并不显著(P>0.05);载量、床层高度与火焰长度和驻留时间均呈极显著线性正相关(P<0.01).床层高度与含水率、载量的交互作用对火焰长度有显著影响;含水率与载量、床层高度的交互作用对驻留时间有显著影响.火焰长度预测模型的预测效果较好,能解释火焰长度83.3%的变异,平均绝对误差为7.8 cm,平均相对误差为16.2%;驻留时间预测模型的效果略差,仅能解释驻留时间54%的变异,平均绝对误差为9.2 s,平均相对误差为18.6%.     

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。     

森林可燃物及其管理的研究进展与展望

森林可燃物是森林生态系统的基本组成部分, 是影响林火发生及火烧强度的重要因素之一, 因此, 受到国内外学者的广泛关注。该文从以下4个方面综述了国内外可燃物研究的最新进展: 森林可燃物特性, 森林可燃物类型与火行为, 森林可燃物类型、载量的调查与制图, 森林可燃物管理。同时提出了我国森林可燃物今后的研究方向: 开展多尺度可燃物研究; 可燃物类型与火行为的研究; 把以试验观测为基础的静态研究与以空间技术和生态模型为基础的动态预测相结合, 研究可燃物处理效果; 全球气候变化背景下可燃物处理与碳收支。     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅲ.火线强度、可燃物消耗和燃烧效率分析及预测模型

以东北地区针阔混交林重要建群种和伴生种蒙古栎为对象,在平地无风条件下进行室内点烧试验,分析含水率、载量和厚度对蒙古栎凋落叶床层火线强度、消耗量和燃烧效率的影响,并对相关模型进行了验证.结果表明: 含水率、载量和床层厚度对蒙古栎凋落叶床层火线强度、消耗量和燃烧效率均有显著影响,并且3个指标之间存在交互作用.在已有模型中,Byram模型需参数调整后方可用于本地凋落叶可燃物,其重新估计的α、β拟合值分别为98.009和1.099,得到的预测值均方根误差为8.676 kW·m^-1,平均相对误差为21.0%, R²为0.745.对Albini提出的燃烧效率模型参数a、b的重新估计值分别为0.069和0.169,得到的预测值均在93.0%以上,绝大多数偏高.Consume模型适用性较强.新建立的火线强度、消耗量和燃烧效率的一般线性模型调整后的R²分别为0.82、0.73和0.53,均方根误差分别为8.266 kW·m^-1、0.081 kg·m^-2和0.203.在低强度地表火中,细小可燃物可能不会被完全消耗,现有一些系统中将凋落叶和细小可燃物按全部消耗处理,将高估碳的释放量.     

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。     

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。     

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.     

Assessing Fire Potential in a Brazilian Savanna Nature Reserve1

Fire is a natural ecological force in the cerrado. However, the increasing use of fire by people means that conservation areas are subject to frequent burns. The aim of this study was to assess the potential of fire in an ecological reserve in the Brazilian savannas (cerrado) of central Brazil. Data about vegetation type, topography, climate, and fuel characteristics were input into the fire prediction models BEHAVE and FARSITE to simulate fire behavior during different weather conditions and from different entry points into the conservation area. The results indicated that there is a higher probability of fire entry from particular border regions as a result of the fuel characteristics. The presence of invasive grasses, such as Melinis minutiflora, within parts of the reserve also significantly affected the pattern of fire spread. Wind speed greatly increased the spread and extent of fire. The study showed that significant improvements in modeling fire behavior in savannas still need to be made. This study was the initial stage in the development of a decision support system for fire management in the cerrado.     

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.     

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)。     

比较逻辑斯蒂与地理加权逻辑斯蒂回归模型在福建林火发生的适用性

林火预测预报是科学有效进行林火管理的前提,是林业管理部门和科研工作者的广泛关注的领域。逻辑斯蒂回归(Logistic Regression,LR)是目前国内外广泛应用于森林火灾预测的模型方法,然而近年来有学者发现该方法没有充分考虑林火影响因子的空间相关性和异质性,从而导致模型拟合结果偏差。地理加权逻辑斯蒂回归(Geographically weighted logistic regression,GWR)模型考虑到了模型变量之间的空间相关性,有效提高的模型的拟合能力。为探讨GWLR模型在福建林火预测上的适用性,本研究应用LR和GWLR两种方法分别建立福建省森林火灾与气象因子的预测模型,通过模型拟合能力对比,判断在GWLR的适用性。研究以2000—2005年福建地区森林火灾卫星火点数据和每日气象因子为基础,将全样本分为60%的建模数据和40%的校验数据,并重复5次,建立5个样本组。选择在5个样本组中3个及以上表现显著的变量进入最终模型。研究结果表明GWLR在模型拟合度、模型残差、空间自相关性以及预测准确率等方面均优于LR模型,说明充分考虑模型变量的空间异质性有助于提高模型的预测精度,同时也验证了GWLR在福建地区林火预测上的适应性。此外,模型参数结果显示,"日最高地表气温"、"日最低地表气温"、"日平均风速"、"24小时降水量"、"日最高本站气压"、"日照时数"、"日最高气温"和"日最小相对湿度"8个因子对福建省林火发生有显著影响,研究结论为福建地区林火预测预报提供了新的方法。     

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.     

森林景观的历史变域研究进展

历史变域概念产生于20世纪90年代,是森林生态系统管理的重要概念之一,可以为生态系统管理提供参考和目标。总结了历史变域领域近期的研究热点:火烧的历史变域研究从定量化火烧特征开始,进而探讨火烧特征的影响因素,并且从火烧特征的单一影响因素向多影响因素、从单一尺度向多时空尺度研究发展;森林景观历史变域研究由描述景观的单一结构特征深入到揭示综合结构特征及功能特征。方法的新进展包括:评估历史数据的误差、探索采样和数据分析方法、重视火疤木数据的多时空特征、以及发掘整合多种来源的历史数据。模拟自然干扰的森林管理是历史变域概念的重要应用之一,最近的研究集中在为森林管理提供更加全面的模拟自然干扰的干扰参数,并且强调这些参数的空间异质性;同时,该管理模式也面临挑战和质疑:气候变化条件下历史变域的概念是否仍旧适用?森林管理是否能够真正达到自然干扰的效果?分析了我国的研究现状,提出发展建议。     

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。     

基于FWI湿度码的塔河林业局地表凋落物含水率预测

加拿大火险天气指标系统(FWI)是目前世界上应用最广的火险天气系统,其可燃物含水率预测方法成为一种重要的研究方法.本文以黑龙江省大兴安岭地区塔河林业局典型林分为研究对象,通过野外地表凋落物含水率的连续观测,分析了凋落物含水率与FWI系统3个湿度码\[细小可燃物湿度码（FFMC）、枯落物下层湿度码（DMC）、干旱码（DC）\]之间的关系.结果表明： 对于研究地区8个样地单独取样的地表凋落物,用FWI系统的湿度码FFMC所建立的线性预测方程的平均绝对误差和平均相对误差分别为14.9%和70.7%,低于气象要素回归模型,说明采用FWI湿度码来预测地表凋落物含水率具有一定优势,可用于预测可燃物含水率,但这种优势是有限的.今后应加强对FWI系统在我国应用的修正工作,特别是雨后可燃物湿度码的修正.     

大兴安岭呼中林区地表死可燃物载荷量空间格局

利用地统计学方法,依据时滞分类标准对大兴安岭呼中林区地表死可燃物进行了对比研究.结果表明:一级地表死可燃物表现为强烈的空间自相关性,占总地表死可燃物载荷量的55.54%,平均载荷量为762.35gm-2,其载荷量的决定因素是林分因子和立地年龄;二、三级地表死可燃物的平均载荷量之和为610.26g·m-2,具有较弱的空间自相关性,其载荷量的决定因素为干扰历史.地表死可燃物类型和数量影响因素的复杂性和空间异质性是造成插值精度不高的主要原因,但采用实地调查数据,并结合地统计学方法,可快速准确地计算出地表死可燃物载荷量的空间分布格局,可间接为林业管理提供依据.     

Topographic Variation in Structure of Mixed-Conifer Forests Under an Active-Fire Regime

Management efforts to promote forest resiliency as climate changes have often used historical forest structure and composition to provide general guidance for fuels reduction and forest restoration treatments. However, it has been difficult to identify what stand conditions might be fire and drought resilient because historical data and reconstruction studies are generally limited to accurate estimates only of large, live tree density and composition. Other stand features such as smaller tree densities, dead wood, understory structure, regeneration, and fuel loads have been difficult to quantify, estimate how they may vary across a landscape, or assess how they would be affected by fire under current climate conditions. We sampled old-growth, mixed-conifer forests with at least two low-intensity fires within the last 65?years in 150 plots at 48 sample sites ranging over 400?km of the Sierra Nevada. Recent fire history had the strongest influence on understory conditions with small tree density decreasing and shrub cover increasing with the increased intensity and frequency of fire associated with upper-slope and ridge-top locations. In contrast, stand structures associated with large, overstory trees such as total basal area, canopy cover, and the abundance of large snags and logs increased in topographic locations associated with more mesic, productive sites regardless of fire history. In forests with restored fire regimes, topography, fire and their interaction influence productivity and burn intensity, creating the structural heterogeneity characteristic of frequent-fire forests.     

FireStem2D – A Two-Dimensional Heat Transfer Model for Simulating Tree Stem Injury in Fires

FireStem2D, a software tool for predicting tree stem heating and injury in forest fires, is a physically-based, two-dimensional model of stem thermodynamics that results from heating at the bark surface. It builds on an earlier one-dimensional model (FireStem) and provides improved capabilities for predicting fire-induced mortality and injury before a fire occurs by resolving stem moisture loss, temperatures through the stem, degree of bark charring, and necrotic depth around the stem. We present the results of numerical parameterization and model evaluation experiments for FireStem2D that simulate laboratory stem-heating experiments of 52 tree sections from 25 trees. We also conducted a set of virtual sensitivity analysis experiments to test the effects of unevenness of heating around the stem and with aboveground height using data from two studies: a low-intensity surface fire and a more intense crown fire. The model allows for improved understanding and prediction of the effects of wildland fire on injury and mortality of trees of different species and sizes.     

大兴安岭小尺度草甸火燃烧效率研究

燃烧效率是进行生物质燃烧温室气体释放量计算的关键因子,以大兴安岭典型草甸区为研究区域,通过样地调查和采样,应用GIS和地统计学的方法对燃烧格局和燃烧效率进行计算。结果表明:研究区域内草甸可燃物的平均载量为37.3t/hm²,草本层、枯落物层和腐殖层载量平均所占比例分别为18.50%,28.95%和52.55%。样地的块金系数分别在80.84%-97.88%之间变化,过火迹地的燃烧深度具有弱的空间相关性。研究区域内平均燃烧效率为64.51%,根据不同的火烧强度,研究区域的燃烧效率在44.35%-90.6%之间变化。     

Climate change,fuel and fire behaviour in a eucalypt forest

A suite of models was used to examine the links between climate, fuels and fire behaviour in dry eucalypt forests in south‐eastern Australia. Predictions from a downscaled climate model were used to drive models of fuel amount, the moisture content of fuels and two models of forest fire behaviour at a location in western Sydney in New South Wales, Australia. We found that a warming and drying climate produced lower fine fuel amounts, but greater availability of this fuel to burn due to lower moisture contents. Changing fuel load had only a small effect on fuel moisture. A warmer, drier climate increased rate of spread, an important measure of fire behaviour. Reduced fuel loads ameliorated climate‐induced changes in fire behaviour for one model. Sensitivity analysis of the other fire model showed that changes in fuel amount induced changes in fire behaviour of a similar magnitude to that caused directly by sensitivity to climate. Projection of changes in fire risk requires modelling of changes in vegetation as well as changes in climate. Better understanding of climate change effects on vegetation structure is required.