滇油杉林下死可燃物含水率與溫濕度關(guān)系模型研究

張蒙蒙，楊凱悅，周汝良

(西南林業(yè)大學(xué)，云南昆明 650224)

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滇油杉林下死可燃物含水率與溫濕度關(guān)系模型研究

張蒙蒙，楊凱悅，周汝良*

(西南林業(yè)大學(xué)，云南昆明 650224)

[目的]研究滇油杉林下死可燃物含水率與溫濕度關(guān)系模型。[方法]以滇油杉林下三類死可燃物為研究對象，借助于恒溫恒濕箱對不同溫濕度組合下的含水率進(jìn)行測定，并研究三類死可燃物含水率與溫度、濕度、溫濕度的關(guān)系。[結(jié)果]在相同濕度條件下，死可燃物含水率隨溫度的升高而降低，但在不同的濕度下具有不同的變化規(guī)律；在相同溫度條件下，死可燃物含水率隨相對濕度的增大而增大，但在不同的溫度下具有不同的變化規(guī)律；溫濕度共同作用影響死可燃物的含水率，且不同的死可燃物有不同變化規(guī)律。[結(jié)論] 可燃物含水率是受多種因素影響。滇油杉林下三類死可燃物含水率從小到大依次為粗大死可燃物、腐殖質(zhì)、細(xì)小死可燃物。

滇油杉；死可燃物；含水率；溫度；相對濕度

滇油杉為滇中高火險(xiǎn)區(qū)的主要易燃樹種，其針葉細(xì)、油脂高、凋落物難以分解、凋落物密實(shí)性差。森林火災(zāi)的發(fā)生主要取決于可燃物含水率，而可燃物含水率與當(dāng)?shù)氐臍庀笠赜钟兄芮械年P(guān)系[1]。國外于20世紀(jì)20年代就開始了對森林可燃物含水率的研究工作，至今己經(jīng)有90余年的研究歷史，而我國的森林可燃物含水率研究起步較晚[2]，雖發(fā)展較快，但與國外相比較很多理論還不夠成熟。目前，比較常用的可燃物含水率預(yù)測方法有氣象要素回歸法、遙感估測法、過程模型法和平衡含水率法[3]等，其中結(jié)合平衡含水率和氣象要素回歸法的半物理半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿〉昧溯^好的預(yù)測效果[4]。筆者以滇油杉林下三類可燃物為研究對象，借助于恒溫恒濕箱對不同溫濕度組合下的死可燃物含水率進(jìn)行測定，研究三類死可燃物含水率與溫濕度的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

滇中地區(qū)位于100°43′～ 104°50′ E，23°19′～ 27°03′ N，包括昆明、曲靖、玉溪和楚雄 4個(gè)州(市)的 42 個(gè)縣(區(qū)、市)，總面積達(dá) 943 萬 hm2。該地區(qū)因特定的社情、林情和地理、氣候、植被類型而成為云南省森林火災(zāi)的高發(fā)區(qū)和敏感區(qū)[5]。

1.2 試驗(yàn)樣品采集

野外采集滇油杉林下死可燃物，按照其大小分為三類：地面粗大死可燃物(在林地內(nèi)直徑大于7 cm的死地被物)、細(xì)小死可燃物(在林地內(nèi)直徑小于7 cm的死的，處于未分解狀態(tài)的地被物)、腐殖質(zhì)(位于細(xì)小可燃物下層的，處于分解及半分解狀態(tài)的地被物[6])。

1.3 可燃物含水率的測定

(1)將野外采集到的滇油杉林下死可燃物按大小分為三類，每類均勻混合后，各取150 g放入105 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，連續(xù)烘干至恒重，用電子天平分別稱重，記錄每個(gè)試驗(yàn)樣品干重。

(2)將滇油杉林下三類死可燃物放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，將培養(yǎng)箱溫度分別設(shè)置為15、20、25、30和35 ℃，濕度分別設(shè)置為50%、60%、70%和80%，溫濕度兩兩組合，共計(jì)20組。每隔60 min變換溫濕度組合并稱取各組合下可燃物的質(zhì)量，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3)將上述測得的所有數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算可燃物含水率?？扇嘉锖?(濕重-干重)/干重×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 溫度對死可燃物含水率的影響。將滇油杉林下三類死可燃物在相同濕度、不同溫度條件下含水率的變化數(shù)據(jù)輸入到Excel表格中，運(yùn)用繪圖功能繪制含水率在相同濕度條件下，隨溫度的變化曲線，從中初步分析溫度對含水率的影響。通過SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件中的曲線估計(jì)功能對數(shù)據(jù)不同的函數(shù)形式進(jìn)行擬合，取效果最好的作為最后分析的形式，進(jìn)行回歸分析，確定溫度對可燃物含水率的影響。

1.4.2 濕度對可燃物含水率的影響。將滇油杉林下三類可燃物在相同溫度、不同濕度條件下含水率的變化數(shù)據(jù)輸入到Excel表格中，運(yùn)用繪圖功能繪制含水率在相同溫度條件下，隨濕度的變化曲線，從中初步分析濕度對含水率的影響。通過SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件中的曲線估計(jì)功能對數(shù)據(jù)不同的函數(shù)形式進(jìn)行擬合，取效果最好的作為最后分析的形式，進(jìn)行回歸分析，確定濕度對可燃物含水率的影響。

1.4.3 溫濕度對可燃物含水率的影響。將滇油杉林下三類可燃物在不同溫濕度組合下含水率的變化數(shù)據(jù)輸入到SPSS 20.0軟件中，通過繪制散點(diǎn)圖，觀察各變量間的關(guān)系，通過SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件中的回歸分析功能對數(shù)據(jù)不同的函數(shù)形式進(jìn)行擬合，取效果最好的作為最后分析的形式，進(jìn)行回歸分析，確定溫濕度對可燃物含水率的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對滇油杉林下可燃物含水率的影響

由圖1可以看出，在相同濕度下，三類可燃物含水率均隨溫度的升高而降低，但在不同的濕度下具有不同的變化規(guī)律：相對濕度為80%，死可燃物含水率最大，用一元線性回歸即能得到較好的模擬結(jié)果，曲線的整體變化趨勢比較平緩；相對濕度為70%時(shí)，曲線整體的斜率與80%時(shí)相同，但其在20～25 ℃時(shí)有一個(gè)快速降低的過程，表明滇油杉林下三類死可燃物在相對濕度為70%、溫度為20～25 ℃條件下對溫度的變化較為敏感；相對濕度為50%時(shí)，死可燃物含水率最低。根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析可知，一次、二次函數(shù)即能說明溫度對死可燃物含水率的影響，故死可燃物含水率隨溫度變化的方程形式為：

y=b0x2+b1x+c

(1)

式中：y為死可燃物含水率；x為溫度(℃)；b0、b1、c為回歸系數(shù)。

滇油杉林下死可燃物含水率隨溫度變化的R2以及回歸系數(shù)如表1所示。

2.2 濕度對滇油杉林下死可燃物含水率的影響

由圖2可以看出，在相同溫度下，隨相對濕度的增大死可燃物含水率增大，但在不同的溫度下具有不同的變化規(guī)律：溫度為15 ℃時(shí)，死可燃物含水率最大，變化趨勢相對簡單，用一元線性回歸即能得到較好的模擬結(jié)果；溫度為20 ℃時(shí)，死可燃物含水率與15 ℃相差不大，其變化函數(shù)呈現(xiàn)出簡單的一元線性形式；溫度為25 ℃和30 ℃時(shí)，含水率最接近；溫度為35 ℃時(shí)，

表1 滇油杉林下死可燃物含水率隨溫度的變化函數(shù)類型、R2以及回歸系數(shù)

分類相對濕度∥%R2函數(shù)類型回歸系數(shù)b0b1c粗大死可500.935一次0-0.00140.1221燃物600.930一次0-0.00140.1275700.910二次6.12E-05-0.00450.1702800.943二次4.08E-05-0.00300.1556細(xì)小死可500.973一次0-0.00090.1723燃物600.973一次0-0.00090.1762700.938一次0-0.00120.1904800.918二次1.10E-05-0.00090.1882腐殖質(zhì)500.925一次0-0.00100.1407600.947一次0-0.00090.1414700.926一次0-0.00140.1629800.973一次0-0.00090.1579

含水率最小，但是其對相對濕度的變化較為敏感。根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析可知，一次、二次函數(shù)即能說明濕度對死可燃物含水率的影響，故死可燃物含水率隨濕度變化的方程形式為：

y=b0x2+b1x+c

(2)

式中：y為死可燃物含水率；x為相對濕度(%)；b0、b1、c為回歸系數(shù)。

滇油杉林下死可燃物含水率隨相對濕度變化的R2以及回歸系數(shù)如表2所示。

表2 滇油杉林下死可燃物含水率隨相對濕度的變化函數(shù)類型、R2以及回歸系數(shù)

分類溫度℃R2函數(shù)類型回歸系數(shù)b0b1c粗大死可150.980一次00.00600.0704燃物200.980一次00.00060.0668250.963一次00.00070.0479300.986二次1.79E-05-0.00170.1254350.994一次00.00090.0254細(xì)小死可150.953一次00.00070.1223燃物200.953一次00.00070.0119250.998二次2.88E-05-0.00290.2175300.952一次00.00080.1058350.995二次3.85E-05-0.00400.2427腐殖質(zhì)150.931一次00.00080.0846200.953一次00.00060.0886250.978二次2.68E-05-0.00280.1880300.986二次1.79E-05-0.00170.1575350.969二次1.79E-05-0.00150.1364

2.3 溫濕度對滇油杉林下死可燃物含水率的影響

運(yùn)用SPSS20.0軟件的回歸分析功能，模擬溫濕度對滇油杉林下三類死可燃物含水率的影響函數(shù)(表3)。

表3 滇油杉林下三類可燃物與溫濕度關(guān)系模型

注：x1為相對濕度(%)；x2為溫度(℃)；R2為模型的決定系數(shù)，表示因變量y的總變異中可由回歸模型中自變量解釋的部分所占的比例；F為離差平方和均值與殘差平方和均值的商。**表示在0.05水平上顯著。

3 結(jié)論與討論

在野外采集滇油杉林下三類死可燃物時(shí)，同時(shí)采取了陰坡、陽坡、半陰坡、半陽坡的樣本數(shù)據(jù)，混合均勻后取150 g樣品作為研究，但因條件限制，所采數(shù)據(jù)沒有覆蓋整個(gè)滇中地區(qū)。實(shí)際情況下，可燃物含水率是受多種因素影響，如風(fēng)速、光照、降雨等，而該文僅選取了溫濕度作為研究。對于滇油杉林下三類死可燃物而言，其含水率從小到大依次為粗大死可燃物、腐殖質(zhì)、細(xì)小死可燃物。不同的可燃物對溫濕度具有不同的變化規(guī)律，不能一概而論。

[1] 居恩德，陳貴榮，王瑞君.可燃物含水率與氣象要素相關(guān)性的研究[J].森林防火，1993，36(1)：17-21.

[2] 馬麗芳.森林地表可燃物含水率預(yù)測研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2011.

[3] 賈鵬超.可燃物含水率預(yù)測模型的改進(jìn)[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2013.

[4] 李小雙，趙安娜，黨承林，等.昆明西山云南油杉針闊混交林的群落結(jié)構(gòu)及其更新特征研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(4)：549-557.

[5] 徐艾華，趙春梅，梁瑪玉，等.滇中地區(qū)建設(shè)森林航空消防直升機(jī)場的必要性及可行性分析[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2014，39(1)：65-67.

[6] 舒立福，周汝良.森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警和撲救指揮數(shù)字化技術(shù)[M].昆明：云南科技出版社，2012.

Relational Model among Dead Combustible Moisture Content，Temperature and Humidity underKeteleeriaevelynianaForest

ZHANG Meng-meng，YANG Kai-yue, ZHOU Ru-liang*

(Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224)

[Objective] Relational model among dead combustible moisture content，temperature and humidity underKeteleeriaevelynianaforest was studied.[Method] This paper took three kinds ofKeteleeriaevelynianaforest dead combustible as the research objects, with the help of constant temperature constant wet box to measure the moisture content in different combinations of temperature and humidity, and studied the relationship among moisture contents of three kinds of dead combustible, temperature and humidity. [Result] The results showed that the moisture content of dead combustible decreased with the increase of temperature under the same humidity condition, but has different change law under different humidity. In the same temperature, the moisture content increased with the increase of relative humidity, but has different change law under different humidity, the interaction of temperature and humidity could affect the moisture content of dead combustible, and different kinds of combustible have different rules. [Conclusion] Moisture content of dead combustible is influenced by many factors. Three kinds of dead combustible moisture content from small to large order is: thick dead combustible，humus，small dead combustible.

Keteleeriaevelyniana; Dead combustible; Moisture content; Temperature；Relative humidity

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)重大項(xiàng)目課題(201404402-2)。

張蒙蒙(1990- )，女，河南汝州人，碩士研究生，從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。*通訊作者，教授，從事森林火災(zāi)、森林病蟲害的監(jiān)測預(yù)警與信息化管理研究。

2015-11-20

S 762.3+2

A

0517-6611(2015)35-238-03