红松人工林地表可燃物火蔓延速率预测模型研究

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中文摘要：地表火蔓延是森林火灾火场扩展的主要模式，探究地表火蔓延的发展规律和机制，构建地表火蔓延速率预测模型对森林火灾的扑救具有重要意义。本研究以黑龙江省帽儿山地区成熟期的红松(Pinus koraiensis)人工林地表可燃物为研究对象，设置不同梯度的可燃物含水率(5％,15％,25％)、载量(0.5kg·m-2,0.7kg·m-2,0.9kg·m-2,1.1 kg·m-2)和坡度(0°，10°，20°,30°,40°)模拟野外真实条件进行60场室内点烧试验，使用热电偶法测定蔓延速率，并探究其在不同变量因子下的响应关系。应用Rothermel模型、王正非模型和随机森林算法对火蔓延速率进行预测，并修正Rothermel模型中部分参数,进行四种模型预测精度对比分析，评估预测红松人工林地表火蔓延速率的最优模型。本研究主要结论如下: 在各试验条件下，可燃物含水率与红松人工林地表火蔓延速率极显著负相关，载量与蔓延速率无明显相关性，坡度与蔓延速率极显著正相关。坡度和含水率对蔓延速率的影响存在极显著的交互作用，坡度在0°～20°范围内，蔓延速率增长缓慢，在20°～40°范围内，蔓延速率急剧增长;坡度对蔓延速率的促进作用会随着含水率的升高逐渐减弱;含水率5％～15％范围内，蔓延速率降低幅度较大，含水率15％～25％范围内，蔓延速率降低幅度较小。载量对蔓延速率的影响与可燃物含水率和坡度均无明显交互作用。直接使用Rothermel模型预测红松人工林地表火蔓延速率整体效果较好，平均绝对误差为0.137 m·min-1，平均相对误差为38.99％,R2为0.782,但对于高坡度高含水率条件下的蔓延速率预测效果不理想;重新拟合最优压缩比和坡度参数后的Rothermel模型在所有试验条件下预测效果均较好，平均绝对误差为0.045 m·min-1,平均相对误差为13.37％,R2为0.972;王正非模型在预测坡度0°～30°条件下的蔓延速率时整体效果较好,无法预测坡度40°条件下的蔓延速率，平均绝对误差为0.226 m·min-1,平均相对误差为46.31％,R2为0.468;随机森林模型在所有试验条件下预测效果均较好，平均绝对误差为0.030m·min-1,平均相对误差为9.56％,R2为0.991。4个预测模型中，重新拟合参数后的Rothermel模型与随机森林模型预测效果均较好，且预测精度相近，但随机森林模型因其本身特性，还需进一步进行评估和验证。综合来看，修正后的Rothermel模型更适合预测0°～40°坡度下的红松人工林地表火蔓延速率。

作者：

任孟林

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关键词：

红松人工林地表可燃物火蔓延速率 Rothermel模型王正非模型

授予学位：

硕士

学科专业：

森林防火

导师：

孙龙

学位年度：

2023

学位授予单位：

东北林业大学

语种：

中文

中图分类号：