云南松林可燃物的垂直分布及影响因子

为研究可燃物负荷量空间分布对林火种类和火行为的影响,以川西南地区不同类型云南松林的冠层可燃物和地表可燃物、4个地形因子(海拔、坡度、坡位和坡向)和4个林分因子(郁闭度、胸径、树高和林龄)为对象,比较不同林分相同垂直层面和不同空间层次上的可燃物负荷量及分布特征,分析不同林分的林火行为趋势;并运用典型相关分析(CCA)分析可燃物负荷量与环境因子的关系.结果表明:不同林分组成中,可燃物垂直分布呈显著性差异.云南松-栎类-丁香林、云南松-栎类林和云南松纯林容易发生地表火,但不易发生树冠火;云南松-侧柏林、云南松-油杉林和油杉-云南松林易发生地表火,而且易转化为树冠火.冠层可燃物主要受林龄、海拔、胸径和树高的影响,林下可燃物主要受郁闭度、坡度、树高和林龄的影响.     

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。     

不同烈度林火对油松林潜在地表火行为的影响

油松是我国华北地区代表性树种之一,含有丰富油脂,容易引发大面积高烈度森林火灾。阐明不同烈度林火对油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为的影响,对于油松林林火管理具有重要意义。以辽河源自然保护区2014年不同烈度林火干扰后油松林分为研究对象,根据不同烈度(重度、中度、轻度)和对照(未过火)分别设置3块20 m×20 m样地,共12块样地,调查地表可燃物和林分结构指标,结合室内实验,利用BehavePlus 5.0软件进行潜在火行为模拟,探讨不同烈度林火5年后油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为特点,并分析影响潜在地表火行为的主要因素。研究结果表明：(1)不同烈度林火之间,细小可燃物负荷量和地表可燃物总负荷量均不存在显著性差异(P>0.05)。(2)不同烈度林火后,在不同风速和可燃物含水率条件下,油松林潜在地表火蔓延速度、火线强度不存在显著性差异(P>0.05),单位面积发热量、火焰高度、反应强度存在显著性差异(P<0.05)。(3)不同烈度林火后油松林潜在地表火行为主要受油松更新幼苗基径、灌木负荷量、油松平均冠幅、上层枯叶负荷量、油松更新幼苗密度的影响。研究结果表明不...     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅰ.蔓延速率影响因子与预测模型

以东北林业大学帽儿山实验林场蒙古栎次生林下的蒙古栎凋落叶片为材料,根据研究地区同类可燃物的野外条件,在实验室内构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,进行100次平地无风条件下的点烧试验.结果表明：平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率不超过0.5 m·min^-1;可燃物含水率、床层载量和高度对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率具有显著影响;含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度对林火蔓延速率的影响与可燃物床层载量有关.可燃物床层压缩比对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率影响不大.以可燃物含水率、床层载量和高度为预测因子的林火蔓延速率预测模型能解释83%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.04 m·min^-1,平均相对误差不超过17%.     

基于FARSITE模型的丰林自然保护区潜在林火行为空间分布特征

将FARSITE火行为模型应用于丰林自然保护区林火行为预测,并根据Rothermel和Rinehart制定的林火行为等级标准,编制潜在林火行为空间区划图,以探讨林火行为的空间分布特征。研究结果表明:在有可能、易发生和极易发生3个森林火险等级下,丰林自然保护区林火行为主要分布在Class I和ClassⅡ等级上,使用手工工具可能从火头控制火势蔓延;林火行为等级空间分布特征较为明显,ClassⅢ等级的火行为主要分布在区域中东部,ClassⅡ主要分布在区域中部,而Class I则主要分布在区域四周;高强度林火行为主要分布在可燃物模型为FL-Ⅰ和FL-Ⅱ,海拔为300—400 m、坡度为平坡和缓坡、坡向为阳坡上。高强度林火发生在接近道路与居民点500 m的区域内分布面积明显高于分布在距离道路居民点500—1000 m和1000—1500 m区域。     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅰ.蔓延速率影响因子与预测模型

以东北林业大学帽儿山实验林场蒙古栎次生林下的蒙古栎凋落叶片为材料,根据研究地区同类可燃物的野外条件,在实验室内构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,进行100次平地无风条件下的点烧试验.结果表明：平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率不超过0.5 m·min^-1;可燃物含水率、床层载量和高度对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率具有显著影响;含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度对林火蔓延速率的影响与可燃物床层载量有关.可燃物床层压缩比对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率影响不大.以可燃物含水率、床层载量和高度为预测因子的林火蔓延速率预测模型能解释83%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.04 m·min^-1,平均相对误差不超过17%.     

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。     

广义Rothermel模型预测平地无风条件下红松蒙古栎林地表混合可燃物的火行为

以帽儿山地区红松-蒙古栎林下地表混合可燃物为材料,进行不同含水率、载量和混合比例的室内点烧试验,观测得到蔓延速率、驻留时间、反应强度、火线强度和火焰长度,并与采用表面积加权法和载量加权法的广义Rothermel模型预测值进行比较.结果表明： 广义Rothermel模型对红松 蒙古栎林下地表混合可燃物的林火蔓延速率、反应强度的预测平均绝对误差分别为0.04 m·min^-1、77 kW·m^-2,预测平均相对误差分别为16%、22%;对驻留时间、火线强度和火焰长度的预测偏低,预测平均绝对误差分别为15.5 s、17.3 kW·m^-1和9.7 cm,预测平均相对误差分别为55.5%、48.7%和24%.这些误差可以看成是用该模型预测同类可燃物相应火行为的误差下限.两种加权算法对模型预测精度影响差异不大,当红松可燃物所占比重较小时,表面积加权法得到的蔓延速率和反应强度预测值精度较高,载量加权法得到的火线强度和火焰长度预测值精度较高;当红松可燃物所占比重较大时,结果则相反.     

广义Rothermel模型预测平地无风条件下红松-蒙古栎林地表混合可燃物的火行为

以帽儿山地区红松-蒙古栎林下地表混合可燃物为材料,进行不同含水率、载量和混合比例的室内点烧试验,观测得到蔓延速率、驻留时间、反应强度、火线强度和火焰长度,并与采用表面积加权法和载量加权法的广义Rothermel模型预测值进行比较.结果表明:广义Rothermel模型对红松-蒙古栎林下地表混合可燃物的林火蔓延速率、反应强度的预测平均绝对误差分别为0.04 m·min-1、77 kW·m-2,预测平均相对误差分别为16％、22％;对驻留时间、火线强度和火焰长度的预测偏低,预测平均绝对误差分别为15.5 s、17.3 kW·m-1和9.7 cm,预测平均相对误差分别为55.5％、48.7％和24％.这些误差可以看成是用该模型预测同类可燃物相应火行为的误差下限.两种加权算法对模型预测精度影响差异不大,当红松可燃物所占比重较小时,表面积加权法得到的蔓延速率和反应强度预测值精度较高,载量加权法得到的火线强度和火焰长度预测值精度较高;当红松可燃物所占比重较大时,结果则相反.     

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.     

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。     

基于随机森林算法的中国西南地区林火发生预测模型构建及驱动因子

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。     

Mapping fire severity and fire extent in forest in Victoria for ecological and fuel outcomes

This study shows how high‐resolution (~15 cm) simultaneous colour and infra‐red digital aerial photography can be used to map both fire severity and, particularly, fire extent, in forest in south‐eastern Australia. The results show that this methodology is capable of detecting and mapping burnt and unburnt edges under unaffected forest canopy (i.e. still green) – that is, revealing the mosaic of burnt and unburnt areas that often result from planned landscape burning under mild weather conditions (i.e. with little of the brownish canopy scorch that results from more intense bushfires). This has important implications for both fuel management and ecology. It can answer the basic questions of fire and biodiversity managers following planned burning –’how much of the planned area burnt, and, within the burnt area, what aspects were burnt, and how hot did they burn?’ The analysis of fire extent by aspect showed that about 80% of southern and eastern aspects remained unburnt during broadscale autumn prescribed burning, with many of these moister aspects potentially providing longer unburnt refuges over multiple burn rotations. The fire severity and extent mapping products, produced using the methodology outlined in this study, have the potential to substantially increase the understanding of the ecological and fuel outcomes of landscape‐scale autumn prescribed burning.     

森林火灾污染物质释放及其影响研究进展

森林火灾是大气中气体污染物和颗粒物的重要来源,可对全球气候系统、大气环境以及生态系统产生重要影响,对全球温室气体和含碳颗粒物释放具有重要的贡献,是推动全球气候变化的重要因素。森林火灾释放污染物已成为区域乃至全球范围内重要污染源之一,这些污染物质与辐射、能见度以及温室效应等问题直接相关。准确地描述森林火灾释放的气体和颗粒污染物释放机理、释放总量、时空分布特征、不同尺度的扩散过程模拟,以及对区域大气环境的影响,对于量化森林火灾释放污染物总量及区域影响具有重要意义。基于森林火灾污染物质释放方面的国内外文献,从火灾释放的污染物质对环境的影响、森林火灾释放污染物定量化和传输路径监测的研究方法、污染物质的扩散和运输模型以及跨区域影响等几个方面进行了综述。森林火灾释放的CO、PM₁₀和PM_2.5对环境和人的生命安全造成巨大威胁,而且森林火灾释放的污染物质能够随气流长距离传输,不仅对当地的空气造成污染,污染物也能够随着气团进行长距离传输,并在传输过程与当地气溶胶混合,形成跨区域污染。森林火灾释放污染物扩散、传输模拟通过不同模型相互耦合完成,包括可燃物载量估算模型、可燃物消耗和释放模型、污染物扩散传输模型,以及污染物预测和可视化模型等。总结了国内外森林火灾释放污染物质主要研究方法,并展望了今后研究重点:目前我国关于森林火灾释放物质相关的研究尚不足以支撑我国森林火灾温室气体释放、污染物释放等方面的研究,并且我国目前还没有发展出适合于我国的森林火灾污染物释放模型,以及污染物扩散、传输系统。森林火灾排放因子库大多数引用国外研究结果,在一定程度上增加不确定性,缺乏森林火灾对区域大气环境影响的定量化研究。因此,今后我国应加强对森林火灾污染物质释放与影响的研究,尤其是污染物质扩散和传输模型的预测和可视化研究以及排放因子的测量。     

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.     

Wildfire refugia in forests: Severe fire weather and drought mute the influence of topography and fuel age

Wildfire refugia (unburnt patches within large wildfires) are important for the persistence of fire‐sensitive species across forested landscapes globally. A key challenge is to identify the factors that determine the distribution of fire refugia across space and time. In particular, determining the relative influence of climatic and landscape factors is important in order to understand likely changes in the distribution of wildfire refugia under future climates. Here, we examine the relative effect of weather (i.e. fire weather, drought severity) and landscape features (i.e. topography, fuel age, vegetation type) on the occurrence of fire refugia across 26 large wildfires in south‐eastern Australia. Fire weather and drought severity were the primary drivers of the occurrence of fire refugia, moderating the effect of landscape attributes. Unburnt patches rarely occurred under ‘severe’ fire weather, irrespective of drought severity, topography, fuels or vegetation community. The influence of drought severity and landscape factors played out most strongly under ‘moderate’ fire weather. In mesic forests, fire refugia were linked to variables that affect fuel moisture, whereby the occurrence of unburnt patches decreased with increasing drought conditions and were associated with more mesic topographic locations (i.e. gullies, pole‐facing aspects) and vegetation communities (i.e. closed‐forest). In dry forest, the occurrence of refugia was responsive to fuel age, being associated with recently burnt areas (<5 years since fire). Overall, these results show that increased severity of fire weather and increased drought conditions, both predicted under future climate scenarios, are likely to lead to a reduction of wildfire refugia across forests of southern Australia. Protection of topographic areas able to provide long‐term fire refugia will be an important step towards maintaining the ecological integrity of forests under future climate change.     

火干扰对苍山云南松林步甲群落的影响

在云南省大理市苍山火烧迹地采用陷阱法初步研究了火干扰对苍山云南松林步甲群落的影响.其中未火烧迹地步甲群落由7属14种组成;火烧迹地步甲群落由6属8种组成,样地同多度没有显著差异.未火烧迹地步甲群落物种组成不同于火烧迹地,但部分火烧迹地与未火烧迹地接近;健步甲Carabus solidior是森林生境良好的指示物种(IndVal=0.9489,P=0.001).研究显示,火干扰已经改变了云南松林步甲群落组成,降低了步甲群落的多样性.     

内蒙古森林火灾发生风险及其驱动因素

森林火灾是危害森林健康的主要灾害之一,科学预测森林火灾是预防森林火灾的重要依据。以中国新旧森林火灾政策作为分界线,将内蒙古森林历史火灾数据分为四个阶段,基于增强回归树模型建立内蒙古森林火灾发生模型,预测森林火灾发生情况,解释不同时期森林火灾和火灾风险变化的差异。预测结果表明:(1)4个时期建模精度AUC均大于0.94,表明BRT模型能够较好地预测研究区森林火灾的发生;(2)气温日较差、日最小相对湿度、上一年春防累计降水量、上一年秋防累计降水量、上一年春防最高地表气温海拔、距火点最近公路距离被确定为影响内蒙古森林火灾发生的重要驱动因素。(3)新旧《森林防火条例》实施前后森林火灾风险等级变化:1981-1988年3月14日,中、高和极高森林火灾风险区分布在呼伦贝尔的东部,而2009-2020年中、高和极高森林火灾风险区分布在呼伦贝尔南部和中部、赤峰市的西南部、锡林郭勒盟和呼和浩特市的中部、乌兰察布市和包头市的南部以及鄂尔多斯市的东部。有助于了解不同时期《森林防火条例》影响下的内蒙古森林火灾的驱动因素和火险等级的变化,为优化森林火灾管理政策及预测预报工作提供科学依据。