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小尺度森林火险等级预报模型研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 森林火险预报研究现状

1.2.2 森林可燃物载量研究现状

1.2.3 森林可燃物含水率研究现状

1.3 现状评价及问题提出

1.4 研究目标与内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.5 研究技术路线

1.6 项目来源与经费支持

第二章 研究区概况及火险影响因子分析

2.1 研究区概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌与土壤条件

2.1.3 气候条件

2.1.4 植被条件

2.1.5 实验条件

2.2 森林火险影响因子分析

2.2.1 火环境因素

2.2.2 可燃物因素

2.2.3 火源因素

2.2.4 因子相互关系分析

2.3 本章小结

第三章 林火环境因子提取与估测方法研究

3.1 地形因子提取方法

3.1.1 海拔提取

3.1.2 坡度提取

3.1.3 坡向提取

3.2 气象因子估测方法

3.2.1 基于MTCLIM模型的小班温度和湿度模拟

3.2.2 基于WindNinja软件的小班风速和风向计算

3.3 本章小结

第四章 可燃物分类及燃烧性计算方法研究

4.1 可燃物分类

4.2 面向内特性的燃烧性指标计算

4.2.1 地表枯落物的理化性质的内特性

4.2.2 小班地表枯落物易燃性

4.3 初始引燃含水率

4.3.1 测定方法

4.3.2 测定结果

4.4 本章小结

第五章 可燃物载量估测模型构建

5.1 森林可燃物载量调查

5.1.1 样地选取

5.1.2 乔木调查

5.1.3 灌木生物量调查

5.1.4 枯落物载量调查

5.2 载量估测模型构建

5.2.1 乔木层载量估测模型

5.2.2 灌木层载量估测模型

5.2.3 枯落物层载量估测模型

5.3 小班可燃物载量计算

5.3.1 小班乔木层可燃物载量计算方法

5.3.2 小班灌木层可燃物载量计算方法

5.3.3 小班枯落物层可燃物载量计算方法

5.3.4 可燃物载量垂直分布

5.4 本章小结

第六章 地表可燃物含水率预测模型构建

6.1 含水率测量

6.2 因子选择

6.2.1 含水率与因子相关性

6.2.2 相关性分析

6.2.3 历史可燃物含水率因子

6.3 模型构建

6.4 小班地表可燃物平均含水率计算

6.5 小班地表可燃物平均含水率空间分布

6.6 本章小结

第七章 小尺度森林火险等级预报模型构建

7.1 火险因子选取

7.2 火险等级划分

7.2.1 数据标准化

7.2.2 相关性分析

7.2.3 因子提取

7.2.4 森林火险指标值计算

7.2.5 聚类分析

7.3 模型构建

7.4 火险等级分布

7.5 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 主要创新点

8.3 展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢

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摘要

森林火险是多种自然因素和社会因素综合作用的结果,其等级的高低用于衡量林火发生概率、蔓延速度、释能强度、难控程度和损失大小。森林火险预测预报是林火管理的基础性工作之一,其准确性和时效性决定了森林防火工作的针对性和科学性。 我国现有的森林火险等级预报方法是在大尺度上基于气象因子发布国家级森林火险气象等级,在中小尺度上单方面基于气象因子、可燃物含水率或可燃物燃烧性预测林火发生的可能性。可燃物因素、火环境因素和火源因素是森林燃烧的三个基本条件,任一因素的缺失都会局部性增强或弱化森林火险等级,进而影响森林火险预测预报的精度,综合考虑上述三方面因素建立森林火险等级预报模型是提高林火预报准确性的有效方式。由于我国森林资源分布具有明显的区域性和复杂的空间结构,自然和社会环境差异显著,亟需开展综合考虑林火燃烧三个基本条件的以小空间范围为研究单位的小尺度森林火险等级预报研究,以提高森林防火工作的精细化管理水平、有效利用森林防火资源、提高森林防火工作效率。随着大数据时代的来临,面向物联网的无线传感器网络为小尺度下各类林火影响因子数据的获取提供了新的途径,有利于提升森林火险预测预报的精准性和时效性。 本研究从火环境因素、可燃物因素和火源因素三个方面归纳并分析各因子对森林火险的影响及因子间的相互关系,并以小尺度森林火险等级预报为指导分层构建了可燃物分类方法,研究了各火险影响因子的估测模型,提出了小尺度森林火险等级预报模型的构建方法,并以北京市九龙山区华北林业实验中心为研究区域,实现了小尺度森林火险等级的预报。主要研究结果和结论有: (1)森林火险的影响因子众多,因子的选取从本质上决定着所建立的火险等级预报模型的准确性。本研究对森林火险的影响因子进行分类,从机理方面详细分析各因子对森林火险的影响方式,并探讨了各因子间的相互作用关系,为小尺度森林火险等级预报模型构建的因子选取提供理论依据。 (2)火环境因子即是林火的孕灾环境,又是林火其他影响因子的差异性基础。本研究基于DEM数据及森林资源二类调查数据,综合应用GIS、RS和数理统计理论建立小尺度地形信息提取方法。利用ENVIS梯度气象站采集的气象数据,结合获取的地形因子数据,修订山地小气候模拟模型MTCLIM中的关键参数,并应用该模型模拟山地小环境的温度和湿度;应用WindNinja软件的模拟算法获取小班的平均风速。实现了山地小环境气象信息的模拟,为火环境因子的计算提供方法依据。 (3)建立森林可燃物的分类方法,为小尺度森林火险等级预报模型的因子计算提供依据。提出基于森林可燃物理化性质的内特性的小班燃烧性指标计算方法,并测定可燃物的初始引燃含水率,为小尺度森林火险等级预报模型提供因子数据。 (4)建立了基于多元回归分析的乔木型灌木生物量估测模型、地表枯落物未分解层和半分解层载量估测模型,基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络构建了典型灌木的生物量估测模型,实现了大范围灌木生物量的快速估测,有效避免了灌木生物量估测模型构建时自变量选取和模型选取的繁琐工作。提出了小班乔木层、灌木层及地表枯落物未分解层、半分解层载量的计算方法,为小尺度的森林火险等级的可燃物载量计算提供方法依据。 (5)基于时间序列分析理论,应用多元逐步回归分析方法分树种构建地表枯落物未分解层和半分解层的含水率预测模型,提出小班可燃物含水率计算方法,结合山地小环境气象数据实现可燃物含水率动态预测。 (6)建立小尺度森林火险等级预报模型构建方法。综合考虑小尺度森林火险影响因素,选取小尺度森林火险等级预报模型因子,应用因子分析方法消除因子多重共线性并提取因子主成分,基于主成分得分函数计算各小班的森林火险指标值,应用聚类分析将各小班的森林火险等级聚类,应用GA-BP神经网络建立研究区域的小尺度的森林火险等级预报模型。

著录项

  • 作者

    曹姗姗;

  • 作者单位

    中国林业科学研究院;

  • 授予单位 中国林业科学研究院;
  • 学科 森林经理学
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 唐小明;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    小尺度; 森林; 火险等级预报;

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