北京山区主要针叶林冠层可燃物特征及潜在火行为研究

发布时间：2020-03-30 02:02

【摘要】：树冠火是一类对森林生态系统特别是针叶林造成严重损害的森林火灾,一旦发生树冠火,其在林火蔓延过程中起主导作用。本文通过了解针叶林冠层特征,探究树冠火危害大小及发生的条件,计算林分潜在火行为动态变化,为预防及扑救林火提供科学依据。本研究以北京地区主要针叶林,油松、侧柏、落叶松作为研究对象,调查其林分因子及可燃物特征,采用标准枝法对冠层可燃物负荷量进行了分层调查与测算,研究冠层特征(冠层密度、冠层可燃物负荷量)的垂直分布规律及与林分因子的相关性;同时,通过划分不同梯度的燃烧条件,研究针叶林在不同燃烧条件下树冠火发生的概率及潜在火行为;基于冠层潜在火行为,利用不同类型树冠火临界指标模型,建立以风速为主导因子的冠层危险指数模型;结合该地区的气象资料,利用冠层危险指数模型,计算3种林分类型在实际气象条件下树冠火的类型、发生时间、持续时长及林分在不同时期潜在火行为的动态变化。本文得出如下结论:(1)树冠火发生类型与冠层可燃物垂直分布及冠基高度关系密切。侧柏林下层可燃物负荷量占比25%,而油松林和落叶松林仅为13%和11%,且侧柏林冠基高度最低,在低燃烧条件下,仅侧柏林有15%的概率发生树冠火;油松林和落叶林由于中上层可燃物负荷量及密度较大,中等燃烧条件下,油松林、落叶松林发生连续型树冠获得概率相对较高,而侧柏林发生间歇型树冠火的概率较高。(2)连续型树冠火潜在火行为具有蔓延速度快,火线强度大,火焰高度高的特点。油松林在高燃烧条件下,树冠火最高蔓延速度、火线强度、火焰高度分别为91.3 m/min、80 627 kW/m、56 m,侧柏林和落叶松林的则为 82.4m/min、34 150 kW/m、28 m和90.1 m/min、74 863 kW/m、54 m,3种林分在高燃烧条件下均发生极高强度火灾。(3)侧柏林易发生间歇型树冠火,油松林易发生连续型树冠火,落叶松林居中。从树冠火发生指数(TI)上看,侧柏林最低,即发生树冠火所需风速最低,但同时由于冠层密度低,使得树冠火蔓延指数(CI)值最高,故该林分最易发生树冠火,且以间歇型树冠火为主;同时,油松林的CI值最低,即由间歇型树冠火发展成连续型树冠火所需风速最低,在三种林分类型中最易发生连续型树冠火。(4)实际气象条件下,树冠火的发生对林分潜在火行为影响明显。3种林分类型中,一旦发生树冠火,其林分潜在火行为指标是仅有地表火发生时的10倍以上,其中油松林的火线强度是之前的30倍,且在短时间内即可形成高强度森林火灾。
【图文】：

垂直分布,冠层,垂直分布,潜在火行为

油松林和落叶松林中层可燃物载量相当，侧柏林可燃物载量较低，故相对于另逡逑外两种林分，侧柏林发生连续型树冠火可能性低。逡逑同时，冠层可燃物构成也对树冠潜在火行为产生影响。由图４．４可知，从冠层可逡逑燃物的组成类型看，，油松林叶片、小枝、枯枝分布占比３７％、１９％、４４％，侧柏林和逡逑落叶松林分别为４４％、２３％、３３％和７３％、７％、２０％，侧柏林分布相对均匀，而油松逡逑林由于自然整枝能力强，林分中有较多未掉落的枯枝，使得枯枝占比较高，落叶松林逡逑以叶片为主要的冠层可燃物，不同的比例将影响潜在火行为指标计算过程中的加权系逡逑数，进而影响各个林分的潜在火行为指标大小。逡逑３１逡逑

垂直分布,冠层,可燃物载量,比例

４．１．１．２冠层可燃物密度垂直分布特征逡逑冠层密度是计算树冠火行为的重要指标，即单位体积冠层可燃物负荷量大小。由逡逑图４．５、图４．６、图４．７可知，冠层密度垂直分布特点与冠层可燃物垂直分布特点相似，逡逑均为随着高度的增加先增加后降低。按样地整体计算，油松林的平均冠层密度为０．１９３逡逑ｋｇ／ｍ３，侧柏林和落叶松林分别为０？邋１２７邋ｋｇ／ｍ３和０．１５２邋ｋｇ／ｍ３，虽然落叶松林载量最逡逑大，但是冠层密度是由冠层可燃物负荷量和冠层高度共同决定的，故油松林的冠层密逡逑度最大；根据连续型树冠火临界指标可知，连续型树冠火临界蔓延速度与冠层密度成逡逑负相关，因此，相比于侧柏林，油松林的连续型树冠火临界蔓延速度更低，更容易形逡逑成连续型树冠火，落叶松林次之。逡逑１３邋ｒ逡逑１２邋■逡逑８：邋：逡逑０逦０．０５逦０．１逦０．１５逦０．２逦０．２５逦０．３逦０．３５逦０．４逡逑冠层可燃物密度（ｋｇ／ｍ３）逡逑图４．５油松林冠层密度垂直分布逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４．５邋Ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｎｏｐｙ邋ｂｕｌｋ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｉｎ邋Ｐｉｎｕｓ邋ｌａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓ邋ｓｔａｎｄｓ逡逑３２逡逑
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S762.1

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