基于Rothermel模型的红松人工林地表可燃物蔓延速率及参数修正

作     者：耿道通 宁吉彬 李兆国 于宏洲 邸雪颖 杨光 Geng Daotong;Ning Jibin;Li Zhaoguo;Yu Hongzhou;Di Xueying;Yang Guang

作者机构：东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点试验室黑龙江哈尔滨150040 

出 版 物：《北京林业大学学报》 (Journal of Beijing Forestry University)

年 卷 期：2021年第43卷第11期

页      面：79-88页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFD0600205) 国家自然科学基金项目(31870644)。 

主　　题：Rothermel模型 蔓延速率 可燃物特征 坡度 红松 

摘      要：【目的】该研究以室内模拟野外真实条件下的燃烧试验为手段,测定不同坡度和含水率条件下东北红松人工林地表可燃物蔓延速率,与基于Rothermel模型预测蔓延速率对比,并对Rothermel模型进行修正,以提高Rothermel模型预测红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率的适用性。【方法】以红松人工林地表可燃物为试验材料,在实验室内构建不同含水率和坡度的可燃物床层结构,平地无风条件下进行30次点烧试验,5°、10°、15°和20°条件下分别进行15次点烧试验。根据热电偶记录的温度时间数据及位置数据计算燃烧蔓延速率,在平地条件下对Rothermel模型中相关可燃物的参数进行拟合,得到最优模型,在此基础上对Rothermel模型坡度参数修正。【结果】在各试验条件下,红松人工林地表火蔓延速率最大值为0.631 m/min,最小值为0.114 m/min;直接使用Rothermel模型预测0°~20°坡度条件下红松人工林地表火燃烧蔓延速率平均绝对误差为0.059 m/min,范围为0.003~0.241 m/min,平均相对误差为27.4%,范围为2.4%~152.6%;在使用平地无风条件下点烧试验数据重新修正Rothermel模型的可燃物特征参数βop的基础上,基于5°~20°条件下点烧试验数据修正坡度参数,修正参数后的Rothermel模型平均绝对误差平均值降低了0.024 m/min,为0.035 m/min,范围为0.003~0.102 m/min,平均相对误差降低了10.4%,为17.0%,范围为1.8%~65.5%;修正参数后模型预测值与实测值的R^(2)为0.9135。【结论】在0°~20°坡度条件下不能直接使用Rothermel模型对红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率进行预测,需要对模型中的可燃物特征参数和坡度参数进行修正,拟合参数后模型预测误差显著降低,预测精度显著提升,可以对我国0°~20°坡度条件下红松人工林地表火蔓延速率进行预测。