基于精细风速模拟的山地林火蔓延

作     者：徐有城 万兴永 陈兵 赵凤君 刘晓东 叶江霞 

作者机构：西南林业大学水土保持学院 四川省地质调查研究院调查规划研究中心 四川省林业和草原调查规划院 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林保护学重点实验室 北京林业大学生态与自然保护学院 西南林业大学林学院云南森林灾害预警与控制重点实验室 

出 版 物：《林业科学》 (Scientia Silvae Sinicae)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

基　　金：“十二五”科技支撑计划项目专题“华北土石山区森林可持续经营技术研究与示范”(2012BAD22B0304) 国家林业局林业公益性行业科研专项(20100400205)经费资助国家自然科学基金项目(32360392) 国家林业和草原局科技成果国家级推广项目(2023133128) 国家“十四五”重点研发计划项目(2023YFC3006804) 云南省兴滇英才产业创新项目(YFGRC202419) 

主　　题：林火蔓延 元胞自动机 空间精细化 风速场 

摘      要：【目的】根据山地微环境及其与风速互作机理，进行精细风速场模拟，探究其对林火蔓延精度的影响，为火灾科学扑救决策提供参考。【方法】以云南省2006年安宁“3.29火场为研究对象，分析影响林火蔓延的关键气象驱动因子，并在30 m空间尺度上进行风速场GIS地理模拟。基于元胞自动机理论，结合毛贤敏修正的王正非林火蔓延模型，实现林火蔓延模拟，通过与历史火场档案及常规反距离权重和克里金内插方法的气象模拟结果进行比较，对模拟精度进行评估。【结果】1)以机理模型分析的风速驱动因子表明，风速与海拔呈正相关，而与坡度、地形起伏度、地表粗糙度及地表温度呈负相关。利用多元线性回归分析构建的30 m尺度的平均风速场显示，火灾发生区周围平均风速场最大风速为3.70 m·s-1，最小为0.28 m·s-1。2)结合火场周围地形及可燃物数据，模拟3月30日—4月3日的火灾发生过程，根据火灾历史档案逐日火线范围为参考，精度验证结果表明，基于精细化风场模拟的结果在不同时间段内均表现出较高的模拟精度，其中4月1日的模拟结果最优，SC系数和重合精度分别为0.83和93.28%，在3月30日的模拟结果精度相对较低，SC系数和重合精度为0.65和80%。与两组插值风速场模拟结果相比，基于精细化风场模拟结果的重合精度和SC系数分别最大提高了6.67%、11.67%和0.11、0.08。【结论】与常规的反距离权重和克里金内插方法相比，模拟的30 m尺度风场数据在空间异质性和连续性方面表现更佳，能够更精细地反映山地风速的空间格局，从而有效地提高林火蔓延模拟的精度。本研究综合考虑宏观气象条件和微观地表特征，利用GIS空间建模对影响林火蔓延的关键驱动因子进行了精细化刻画，实现了更为精准的林火蔓延模拟。