地表细小死可燃物含水率日变化过程的半物理模型研究

Fine fuel is kindling of forest fire and determines the rate of spread. Prediction of fine fuel moisture content is a key task for forest fire danger rating systems. Errors exist in currently fuel mositure content prediction methods, which need further improvement. There are two sources for the errors: one is oversimplification of diurnal cycles of fuel moisture, i.e., insufficient knowledge on the effects of wind, rainfall and diurnal cycles of temperature, humidity, and condensation on fuel moisture diurnal cycles leading to simplifying the fluctuation of diurnal moisture cycles into single sorption processes. The other is caused by model extrapolation. For a specific fuel type, the first source should be the major one. The project intends to continuously observe diurnal cycles of surface dead fine fuel moisture content and weather measurements in the field and conduct corresponding simulation experiments inside laboratory for typical forest fuels in different ecosystems in Heilongjiang Province. Then models for surface dead fine fuel moisture content diurnal cycles are to be established by these data using quasi-physical methods. The resultants can be combined into new highly precise moisture content prediction technologies and provide technical support for the establishment of the next generationed forest fire danger rating systems.

地表细小死可燃物是森林的引火物，决定着林火的初始蔓延速率，因此，地表细小死可燃物含水率的预测是森林火险预报的核心任务。现有火险预报系统中的预测方法都存在一定误差，需要进一步改进。误差产生的主要原因有二：一是对可燃物含水率日变化过程过于简化，如对温湿度、凝结水的日变化过程、风和降雨等对可燃物含水率日变化过程的影响研究不充分，在预测中将波动性的可燃物含水率日变化过程简化成单一失水或吸水过程。二是方法外推造成的。对于特定可燃物而言，前者是主要的。为此，应首先建立地表细小死可燃物含水率日变化过程的预测模型。为此，本项目拟以黑龙江省不同森林生态系统的典型可燃物为研究对象，通过对地表细小死可燃物含水率和气象要素及相关天气现象的日变化进程的野外连续观测及相应室内模拟实验，建立易于应用的地表细小死可燃物含水率的日变化过程的半物理模型，为建立以此为基础的、全新的高精度的可燃物含水率预测方法提供技术支持。

地表细小死可燃物含水率的预测是森林火险预报的核心任务。现有火险预报系统中的预测方法都存在一定误差，需要进一步改进。误差产生的主要原因有二：一是对可燃物含水率日变化过程过于简化，如对温湿度、凝结水的日变化过程、风和降雨等对可燃物含水率日变化过程的影响研究不充分，在预测中将波动性的可燃物含水率日变化过程简化成单一失水或吸水过程。二是方法外推造成的。对于特定可燃物而言，前者是主要的。为此，本项目在室内恒温恒湿条件下，模拟了不同床层密实度时可燃物失水和吸水过程，分析了温湿度对可燃物平衡含水率和时滞的影响；通过野外试验，测试了帽儿山地区红松和落叶松可燃物温度和1.5m处空气温度，比较了两者的差异，并分析了地表可燃物含水率变化对不同位置温度的响应，及不同位置的温度对可燃物含水率预测的影响。通过在室内构建不同密实度的可燃物床层，研究了不同风速条件下，蒙古栎和红松地表细小可燃物床层失水情况，分析了两种可燃物的失水系数k受风速和密实度的影响以及可燃物两个重要失水时间对风速和床层密实度的响应。利用人工降雨模拟器，通过调节不同降雨量和不同降雨时间，分析了不同密实度和初始含水率的地表细小可燃物床层含水率变化情况，研究了可燃物含水率达到饱和时间、变化速率及变化情况与初始含水率、密实度及降雨量之间的关系；在野外每日清晨测定了森林内凝结水量。研发出了一套电力充足的野外地表细小死可燃物含水率自动监测仪器，并且架设在3个林型测试了至少1个月以上的地表细小可燃物含水率，监测间隔为1h，并同步监测了气象要素。