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北京山区主要森林类型火行为与可燃物空间连续性研究

作　者: 牛树奎
导　师: 贺庆棠
学　校: 北京林业大学
专　业: 生态学
关键词: 可燃物负荷量可燃物空间连续性潜在火行为火焰高度树冠火
分类号: S762
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本研究以北京市山区主要森林类型为研究对象,采用可燃物分类、野外林内空间单元可燃物种类负荷量调查、统计分析、模型计算等方法,通过研究不同树种、灌木、草本以及地表枯枝落叶等可燃物负荷量在空间上的分布规律,探讨不同森林空间单元上的可燃物属性、结构和潜在火行为特征。在对针叶林可燃物负荷量空间分布与树冠火发生关系分析的基础上,建立了可燃物连续性指数模型,对不同针叶林类型的树冠火发生和蔓延的危险性进行估测和分析,并提出了阻滞树冠火发生和蔓延的科学调控措施。本文在可燃物连续性模型及等级的建立、可燃物临界负荷量的确定、可燃物定量调控等方面具有创新性。本文得出如下主要结论：(1)通过对侧柏林、油松林、元宝枫林的组成树种和枝叶负荷量的研究,比较了不同森林类型及各层次之间可燃物负荷量的差异,分析了不同树种组成及可燃物负荷量的空间分布对树冠火发生与蔓延的影响。结果显示,侧柏林的可燃物负荷量最高,油松林居中,元宝枫林最低；三个森林类型灌木层负荷量差异显著,灌木层的负荷量集中在荆条、胡枝子和紫穗槐等少数几个种,占90%以上；森林中针叶树的存在和组成比例是树冠火发生与蔓延的基本条件。(2)通过不同树种和可燃物种类的理化性质分析和基于Rothermel火蔓延模型的火行为特征估测,比较了不同森林类型的地表可燃物的反应强度和蔓延速度,分析了可燃物负荷量、含水率、坡度、风速对反应强度和蔓延速度的影响。结果表明,可燃物负荷量与火反应强度正相关；侧柏林的火反应强度最高,其次是油松林,元宝枫林最低；相同含水率情况下的火反应强度,油松林>侧柏林>元宝枫林；在坡地上,油松林的火蔓延速度高于其他两个类型；相同风速下,油松林火蔓延速度最快,其次是元宝枫林,最慢的是侧柏林。(3)基于Byram火线强度和火焰长度模型,根据无风条件下火焰高度、可燃物层次和针叶树树冠下沿所在层次高度,建立了可燃物垂直连续指数(C)及等级；应用C对侧柏林和油松林的垂直连续性进行了评估；采用修枝、稀疏灌木、枯枝平铺等措施定量调控可燃物垂直连续性,.降低了针叶林树冠火发生的危险性。(4)根据北京地区防火季节月最大风速和火焰水平伸展距离以及样方面积,构建了可燃物水平连续指数(D)；应用D评估了侧柏林和油松林的树冠可燃物的水平连续性；采用在坡度和风速影响下调整林分针叶树种组成比例等方法,初步对侧柏林的可燃物水平连续性进行了定量调控。(5)依据火焰高度等级,提出了可燃物连续性临界负荷量(WD)及计算公式,得出了侧柏林和油松林不同垂直连续性等级的临界负荷量,可作为针叶林可燃物连续性调控的基础。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-14
1 绪论  14-26
  1.1 森林可燃物研究  14-19
    1.1.1 森林可燃物种类  15-16
    1.1.2 可燃物的理化性质  16-17
    1.1.3 森林可燃物的空间分布  17-18
    1.1.4 可燃物的连续性  18-19
  1.2 森林火行为研究  19-23
    1.2.1 林火行为的研究概况  19-20
    1.2.2 林火行为研究的最新进展  20-21
    1.2.3 林火行为模型研究  21-23
  1.3 研究方案  23-26
    1.3.1 研究目标  23
    1.3.2 研究内容  23-24
    1.3.3 技术路线  24
    1.3.4 科学问题  24-26
2 研究区概况  26-32
  2.1 自然概况  26-27
    2.1.1 地理位置  26
    2.1.2 地形地貌  26
    2.1.3 水文条件  26
    2.1.4 气候条件  26-27
    2.1.5 土壤条件  27
  2.2 社会经济概况  27-28
  2.3 森林资源概况及森林火灾情况  28-29
    2.3.1 森林植被  28
    2.3.2 森林火灾状况  28-29
  2.4 西山试验地概况  29-32
    2.4.1 地理位置  29
    2.4.2 自然条件  29-30
    2.4.3 社会经济条件  30
    2.4.4 森林防火状况  30-32
3 森林可燃物负荷量的空间分布规律  32-76
  3.1 研究方法  32-36
    3.1.1 可燃物种类的划分  32-33
    3.1.2 可燃物的易燃性等级  33-34
    3.1.3 可燃物的空间垂直层次划分  34
    3.1.4 标准地设置与定位调查  34
    3.1.5 可燃物负荷量调查方法  34-35
    3.1.6 样品的采集与测定方法  35-36
  3.2 灌木层负荷量的估算  36-43
    3.2.1 数据的调查  36-37
    3.2.2 数据的计算  37
    3.2.3 估测模型  37-43
  3.3 森林树种组成及冠层可燃物负荷量的空间分布  43-50
    3.3.1 森林中树种组成及空间分布  43-47
    3.3.2 不同树种林冠可燃物的的空间分布  47-50
  3.4 森林灌木层可燃物负荷量的空间分布  50-59
    3.4.1 灌木层植物种类组成与分布  50-56
    3.4.2 灌木种类可燃物负荷量的空间分布  56-59
  3.5 森林可燃物的垂直分布与分析  59-69
    3.5.1 不同植物类别可燃物负荷量及垂直分布  60-62
    3.5.2 不同种类可燃物的垂直分布  62-66
    3.5.3 不同林型的可燃物易燃类型的垂直分布  66-69
  3.6 森林可燃物的水平分布及分析  69-74
    3.6.1 森林可燃物种类的水平分布  69-72
    3.6.2 不同易燃等级负荷量的水平分布  72-74
  3.7 小结  74-76
4 森林可燃物理化性质、结构与潜在火行为特征  76-100
  4.1 研究方法  76-83
    4.1.1 森林燃烧等级划分  76-78
    4.1.2 可燃物的表面积体积比测定  78
    4.1.3 可燃物灰分的测定  78-79
    4.1.4 可燃物热值的测定  79-80
    4.1.5 可燃物紧密度的计算  80-81
    4.1.6 可燃物含水率与熄灭含水率  81
    4.1.7 反应强度计算  81-82
    4.1.8 林火蔓延速度的计算  82-83
  4.2 可燃物结构特征及理化性质  83-90
    4.2.1 灰分含量与纯净可燃物负荷量  83-85
    4.2.2 可燃物的大小与表面积体积比  85-87
    4.2.3 不同森林类型的可燃物紧密度  87-89
    4.2.4 不同森林类型的可燃物的热值  89-90
  4.3 不同森林类型的反应强度  90-92
    4.3.1 可燃物负荷量对反应强度的影响  90-92
    4.3.2 枯死可燃物含水率变化对反应强度的影响  92
  4.4 不同森林类型的林火蔓延速度及影响因素  92-95
    4.4.1 可燃物负荷量对火蔓延速度的影响  92-94
    4.4.2 坡度和风速对火蔓延速度的影响  94-95
  4.5 不同森林燃烧等级的潜在火行为特征及分析  95-97
    4.5.1 低度火烧下的火行为特征及分布  95-96
    4.5.2 中度火烧条件下的火行为特征及分布  96
    4.5.3 高度火烧条件下的火行为特征及分布  96-97
    4.5.4 三个森林类型可燃物潜在消耗量比较  97
  4.6 小结  97-100
5 森林可燃物空间连续性研究  100-112
  5.1 研究方法  100-101
    5.1.1 火强度和火焰长度计算  100
    5.1.2 火焰高度估算  100-101
  5.2 可燃物连续性模型的建立  101-103
    5.2.1 火焰高度等级  101-102
    5.2.2 可燃物垂直连续性指数  102
    5.2.3 树冠可燃物水平连续指数  102-103
  5.3 针叶林的空间连续性分析  103-109
    5.3.1 侧柏林的可燃物空间连续性  104-106
    5.3.2 油松林的可燃物空间连续性  106-109
  5.4 小结  109-112
6 森林可燃物空间连续性调控  112-130
  6.1 可燃物连续性临界负荷量  112-115
    6.1.1 可燃物垂直连续临界负荷量  112-113
    6.1.2 可燃物连续性等级的临界负荷量  113
    6.1.3 不同森林类型三个层次的连续性  113-115
  6.2 可燃物空间连续性的影响和调控因子研究  115-122
    6.2.1 坡度对可燃物空间连续性的影响  115-116
    6.2.2 风速对可燃物空间连续性的影响  116-118
    6.2.3 郁闭度对可燃物空间连续性的影响  118-119
    6.2.4 林木枝下高对可燃物空间连续性的影响  119-121
    6.2.5 灌木对可燃物垂直连续性的影响  121
    6.2.6 草本负荷量对可燃物垂直连续性的影响  121-122
    6.2.7 地面枯枝负荷量对可燃物空间连续性的影响  122
  6.3 可燃物垂直连续性调控  122-127
    6.3.1 垂直连续性调控的对象及方法选择  122-123
    6.3.2 侧柏林的垂直连续性调控  123-125
    6.3.3 油松林垂直连续性调控  125-127
  6.4 树冠可燃物水平连续性调控  127-129
    6.4.1 水平连续性调控的对象及方法选择  127-128
    6.4.2 针叶树种调控比例  128-129
  6.5 小结  129-130
7 结论与讨论  130-136
  7.1 结论  130-131
  7.2 讨论  131-133
    7.2.1 关于树冠火发生与蔓延的控制  131-133
    7.2.2 阔叶树在林火蔓延中的作用  133
    7.2.3 Rothermel模型和Byram模型的应用  133
    7.2.4 可燃物垂直连续模型和水平连续模型  133
  7.3 创新点  133-136
参考文献  136-144
个人简介  144-146
导师简介  146-148
获得成果目录  148-150
致谢  150

北京山区主要森林类型火行为与可燃物空间连续性研究

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