云南松(Pinus yunnanensis Franch.)林火行为机理研究与模型构建

Pinus yunnanensis is a unique coniferous species in southwest China. Being rich in oil, and losing water quickly under drought condition, it is very easy to burn. Pinus yunnanensis forest is one of the most vulnerable forests to fire in southwest China. Furthermore, because it is located in mountain plateau, fire fighting there is extremely difficult and often leads to great casualty accident. With climate warming, the forest fire danger increases. Forest fire behavior is the difficulty and the emphasis of current research. However, there are only few research concerned about the fire behaviors in Pinus yunnanensis forest. A lot of scientific problems should to be solved. In the project, the mechanism of fire behaviors in P. yunnanensis forest will be studied. And the work will centered on the scientific problems of fire occurrence and fire spread. Field experiments, wind tunnel experiments, combustion bed experiments, fire case database searching, field fire investigation will be carried out. Moreover, the fire energy release model, fire intensity model and fire spread model will be constructed through the numerical simulation methods. The aim of the project is to reveal the mechanism of fire occurrence and spread in P. yunnanensis forest, to make some innovative achievements in fire behavior and to provide the scientific support for forest fire prevention and fire fighting work in southwest China. The results of the project have important scientific and practical significance to reduce the loss of forest fire and fire casualties.

云南松(Pinus yunnanensis)是我国西南地区的特有树种，富含油脂，干旱条件下失水迅速，极易燃烧。云南松林是最易发生林火的森林类型之一，由于地处高原山地，林火扑救极为困难，经常发生重大扑火伤亡事故。随着气候变暖，云南松林火发生的危险性日益加剧。火行为是林火研究领域的重点和难点，云南松林火行为目前只有零星研究，其科学问题亟待解决。本项目拟以云南松林为研究对象，围绕火燃烧、蔓延过程中的关键科学问题，在野外试验、风洞实验、燃烧床实验等的基础上，结合火灾案例库和实地火场调查，开展火行为机理研究，并通过数值模拟的方法构建林火能量释放、林火燃烧强度和林火蔓延扩展三大模型。研究目标在于揭示云南松林火发生和蔓延的机理，力争在林火行为基础研究领域，取得一些创新性成果，为西南林区森林火灾的预防和扑救工作提供科学支持。本项目研究成果对减少森林火灾损失和扑火伤亡具有重要的科学和实践意义。

本项目从影响云南松林火行为的环境因子出发，围绕林火燃烧、蔓延过程中的关键科学问题，以解析林火行为机理并构建林火蔓延模型为目的，通过火灾案例分析、野外调查、室内试验、数值模拟等方法，主要开展了以下研究工作：云南松林可燃物燃烧特征研究、火场风向风速测算技术研究、云南松林计划烧除火蔓延速率预测模型研究、云南松林火行为模拟模型评价研究、云南松林火险预报模型评价研究。结果表明：云南松林11种植物活叶片的燃烧性可分为4类，其中极易燃类1种，易燃类4种，可燃类3种，难燃类3种；15种植物的小径级活枝燃烧性分为3类，其中难燃类4种、可燃类7种、较易燃类4种；直径、含水率、油脂含量等是造成燃烧性差异的主要原因。风速与旋翼无人机倾角呈正相关关系，基于测绘学坐标数据，利用牛顿定律和相对运动定律，根据无人机坐标信息及方位角数据，推算出特定型号的六旋翼无人机的螺旋桨坐标信息；进而根据坐标信息变化获取无人机的倾角，建立了根据无人机飞行倾角的风速估算模型， y = －1.0435+1.1501x (y 为风速，单位为m/s；x 为六旋翼无人机倾角，单位为度/°)，该公式的相关系数为 r=0.9968。基于计划烧除燃烧试验共取得157组试验数据，获得由可燃物含水率x1、可燃物载量x2、可燃物厚度x3、坡度x4、坡向x5、风速x6构建的火蔓延速率y的多元线性模型，y = 4.064 - 0.058 x1 + 0.659 x2 - 1.193 x3 + 0.42 x4 - 0.354 x5 + 0.613 x6，复相关系数r = 0.964。在林火行为模拟模型方面，相对于加拿大的Prometheus模型，美国的Farsite 模型对2006年安宁“3·29” 火灾的火场范围、火蔓延速度（ROS)，火线强度(FLI)的模拟更加贴合火场的实际情况。在火险预报模型方面，“全国森林火险天气等级”模型是在研究区背景下预报精度最高的火险气象预报模型，适用于云南松林区的森林火险气象预报。发表研究论文11篇，获软件著作权2件，专利1项，培养博士研究生1名。本项目研究成果对于可燃物管理、火场扑救指挥、扑火人员安全防范等都具有很好的实践应用价值。