【摘要】：樹冠火是一類對森林生態(tài)系統(tǒng)特別是針葉林造成嚴(yán)重損害的森林火災(zāi),一旦發(fā)生樹冠火,其在林火蔓延過程中起主導(dǎo)作用。本文通過了解針葉林冠層特征,探究樹冠火危害大小及發(fā)生的條件,計算林分潛在火行為動態(tài)變化,為預(yù)防及撲救林火提供科學(xué)依據(jù)。本研究以北京地區(qū)主要針葉林,油松、側(cè)柏、落葉松作為研究對象,調(diào)查其林分因子及可燃物特征,采用標(biāo)準(zhǔn)枝法對冠層可燃物負荷量進行了分層調(diào)查與測算,研究冠層特征(冠層密度、冠層可燃物負荷量)的垂直分布規(guī)律及與林分因子的相關(guān)性;同時,通過劃分不同梯度的燃燒條件,研究針葉林在不同燃燒條件下樹冠火發(fā)生的概率及潛在火行為;基于冠層潛在火行為,利用不同類型樹冠火臨界指標(biāo)模型,建立以風(fēng)速為主導(dǎo)因子的冠層危險指數(shù)模型;結(jié)合該地區(qū)的氣象資料,利用冠層危險指數(shù)模型,計算3種林分類型在實際氣象條件下樹冠火的類型、發(fā)生時間、持續(xù)時長及林分在不同時期潛在火行為的動態(tài)變化。本文得出如下結(jié)論:(1)樹冠火發(fā)生類型與冠層可燃物垂直分布及冠基高度關(guān)系密切。側(cè)柏林下層可燃物負荷量占比25%,而油松林和落葉松林僅為13%和11%,且側(cè)柏林冠基高度最低,在低燃燒條件下,僅側(cè)柏林有15%的概率發(fā)生樹冠火;油松林和落葉林由于中上層可燃物負荷量及密度較大,中等燃燒條件下,油松林、落葉松林發(fā)生連續(xù)型樹冠獲得概率相對較高,而側(cè)柏林發(fā)生間歇型樹冠火的概率較高。(2)連續(xù)型樹冠火潛在火行為具有蔓延速度快,火線強度大,火焰高度高的特點。油松林在高燃燒條件下,樹冠火最高蔓延速度、火線強度、火焰高度分別為91.3 m/min、80 627 kW/m、56 m,側(cè)柏林和落葉松林的則為 82.4m/min、34 150 kW/m、28 m和90.1 m/min、74 863 kW/m、54 m,3種林分在高燃燒條件下均發(fā)生極高強度火災(zāi)。(3)側(cè)柏林易發(fā)生間歇型樹冠火,油松林易發(fā)生連續(xù)型樹冠火,落葉松林居中。從樹冠火發(fā)生指數(shù)(TI)上看,側(cè)柏林最低,即發(fā)生樹冠火所需風(fēng)速最低,但同時由于冠層密度低,使得樹冠火蔓延指數(shù)(CI)值最高,故該林分最易發(fā)生樹冠火,且以間歇型樹冠火為主;同時,油松林的CI值最低,即由間歇型樹冠火發(fā)展成連續(xù)型樹冠火所需風(fēng)速最低,在三種林分類型中最易發(fā)生連續(xù)型樹冠火。(4)實際氣象條件下,樹冠火的發(fā)生對林分潛在火行為影響明顯。3種林分類型中,一旦發(fā)生樹冠火,其林分潛在火行為指標(biāo)是僅有地表火發(fā)生時的10倍以上,其中油松林的火線強度是之前的30倍,且在短時間內(nèi)即可形成高強度森林火災(zāi)。
【圖文】：

油松林和落葉松林中層可燃物載量相當(dāng)，側(cè)柏林可燃物載量較低，故相對于另逡逑外兩種林分，側(cè)柏林發(fā)生連續(xù)型樹冠火可能性低。逡逑同時，冠層可燃物構(gòu)成也對樹冠潛在火行為產(chǎn)生影響。由圖４．４可知，從冠層可逡逑燃物的組成類型看，，油松林葉片、小枝、枯枝分布占比３７％、１９％、４４％，側(cè)柏林和逡逑落葉松林分別為４４％、２３％、３３％和７３％、７％、２０％，側(cè)柏林分布相對均勻，而油松逡逑林由于自然整枝能力強，林分中有較多未掉落的枯枝，使得枯枝占比較高，落葉松林逡逑以葉片為主要的冠層可燃物，不同的比例將影響潛在火行為指標(biāo)計算過程中的加權(quán)系逡逑數(shù)，進而影響各個林分的潛在火行為指標(biāo)大小。逡逑３１逡逑

４．１．１．２冠層可燃物密度垂直分布特征逡逑冠層密度是計算樹冠火行為的重要指標(biāo)，即單位體積冠層可燃物負荷量大小。由逡逑圖４．５、圖４．６、圖４．７可知，冠層密度垂直分布特點與冠層可燃物垂直分布特點相似，逡逑均為隨著高度的增加先增加后降低。按樣地整體計算，油松林的平均冠層密度為０．１９３逡逑ｋｇ／ｍ３，側(cè)柏林和落葉松林分別為０？邋１２７邋ｋｇ／ｍ３和０．１５２邋ｋｇ／ｍ３，雖然落葉松林載量最逡逑大，但是冠層密度是由冠層可燃物負荷量和冠層高度共同決定的，故油松林的冠層密逡逑度最大；根據(jù)連續(xù)型樹冠火臨界指標(biāo)可知，連續(xù)型樹冠火臨界蔓延速度與冠層密度成逡逑負相關(guān)，因此，相比于側(cè)柏林，油松林的連續(xù)型樹冠火臨界蔓延速度更低，更容易形逡逑成連續(xù)型樹冠火，落葉松林次之。逡逑１３邋ｒ逡逑１２邋■逡逑８：邋：逡逑０邐０．０５邐０．１邐０．１５邐０．２邐０．２５邐０．３邐０．３５邐０．４逡逑冠層可燃物密度（ｋｇ／ｍ３）逡逑圖４．５油松林冠層密度垂直分布逡逑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
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S762.1

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本文編號：2606860