大兴安岭呼中林区雷击火发生机制与火环境研究

张念慈,刘 迪*,刘广菊

(1．黑龙江省森林保护研究所 黑龙江,哈尔滨 150040;2.南京警察学院 江苏,南京 210000)

森林火灾一直是森林生态系统和社会经济的一大威胁,特别是在中国大兴安岭呼中林区,由雷击引发的森林火灾一直频繁发生,给该地区的生态环境和资源保护带来了巨大挑战。雷击火灾的发生不仅导致生态系统恢复周期的延长,还对人类居住区域的安全构成了威胁。因此,对大兴安岭呼中林区的雷击火灾问题进行深入研究至关重要。大兴安岭呼中林区是中国东北地区最大的林区之一,拥有丰富的森林资源。然而,这一地区的火灾问题已成为威胁当地生态系统和社会安全的主要问题之一。火灾不仅破坏了珍贵的森林生态系统,还导致了生态系统功能的丧失,对野生动植物群体造成了威胁,甚至影响了水资源和空气质量。因此,深入了解火灾的发生机制和影响因素,以制定更有效的防火策略,对于维护大兴安岭呼中林区的生态平衡和可持续发展至关重要。

本研究旨在探讨大兴安岭呼中林区雷击火的发生机制和火环境特征,为制定更有效的防火策略提供科学依据。本研究将结合历史火灾数据、气象因素和植被类型等多维度数据,深入分析雷击火的发生规律,同时提出可行性的防火措施,以应对未来火灾风险。研究的创新之处在于综合考虑了地理、气象和生态因素,以全面理解火灾的复杂性,从而为大兴安岭呼中林区的火灾管理和生态保护提供新的思路和方法。在这一背景下,本研究旨在为大兴安岭呼中林区的森林防火工作提供有力的科学支持,以确保该地区宝贵的自然资源得以永续利用,同时保护生态环境和社会安全。

1 试验的概况

1.1 研究区域情况

大兴安岭,位于中国东北部,横跨黑龙江、内蒙古和俄罗斯远东地区。它是中国东北地区最大的山脉之一,拥有壮丽的自然景观和丰富的生态资源。大兴安岭地区的地理坐标约为48°N～53°N,129°E～135°E之间。这个地区的气候条件多变,受亚寒带气候影响,冬季寒冷且漫长,夏季短暂而温暖。

呼中林区是大兴安岭地区的一个重要林区,位于大兴安岭东段,地理坐标大约介于50°N～52°N,130°E～133°E之间。这一地区有以下特点:①丰富的植被类型:呼中林区拥有多种森林类型,包括针叶林、阔叶林和混交林,这些植被类型构成了复杂多样的生态系统。②多样的野生动植物:该地区生态多样性丰富,栖息着许多珍稀的野生动植物,如东北虎、林麝、白枕鹤等。③气象多变:由于地处高纬度,呼中林区的气候条件极具挑战性。冬季长而寒冷,夏季短暂,降水分布不均,气温波动较大[1]。④雷击火风险高:由于特殊的地理位置和气候条件,呼中林区雷击火风险较高。雷电活动频繁,极易引发林火,给生态系统和社会安全带来威胁。

1.2 雷击火历史数据分析

为了更好地理解呼中林区雷击火的发生情况,进行了详细的历史数据分析。通过回顾过去几十年的火灾记录,可以了解到以下关键信息:①火灾频发:呼中林区的雷击火历史数据显示,雷击引发的火灾在这一地区频繁发生,造成了严重的生态和经济损失。②季节分布:大多数雷击火发生在夏季,特别是雷电活动高峰期。这一季节性分布对火灾管理提出了挑战。③地理分布:雷击火在呼中林区的分布不均匀,某些区域更容易受到火灾的影响。这种不均匀性可能与地形、植被类型和气象条件等因素有关。④火灾规模:过去的雷击火灾中,一些火灾规模庞大,对生态系统和社会造成了严重威胁[2]。通过对这些历史数据的深入分析,可以更好地了解呼中林区雷击火的特点和规律,为未来的研究提供了重要线索,同时也为防火策略的制定提供了重要参考依据。

2 材料与方法

2.1数据收集和整理

本研究的数据来源包括历史火灾记录、气象数据、地理信息系统(GIS)数据以及植被调查数据。以下是数据收集和整理的步骤:①历史火灾记录:收集了大兴安岭呼中林区过去数十年的雷击火灾数据,包括火灾发生地点、时间、火灾规模等信息。这些数据用于分析火灾的时空分布和频率。②气象数据:获取了呼中林区的气象数据,包括气温、相对湿度、风速、降水量等,以及雷电活动数据。这些数据用于研究火灾发生与气象条件的关系。③GIS数据:利用GIS技术获取了呼中林区的地形、植被类型、土壤特征等空间信息,以构建火灾风险模型和火环境分析模型。④植被调查数据:进行了现场植被调查,记录了不同地区的植被类型、植被覆盖度和植被高度等信息,以研究植被与火灾的关系。

2.2 现场观测与实验设计

①火源温度的测定:在研究区域选择了多个典型的雷击火灾现场进行火源温度的实地测定。为了确保数据的准确性,采用了热像仪等专业设备,对火源进行了高精度的测量。在不同时间段内,记录了火源的温度变化,以获得火源温度的变化规律。为了研究火源温度与火灾的关系,还在现场模拟了不同火源温度条件下的火灾,并记录了其燃烧过程中的温度数据。通过这些实验,得到了不同火源温度下火灾的燃烧特征和燃烧速度,为后续分析提供了重要数据[3]。②火前风速的测定:火前风速是影响火灾蔓延速度和火势的重要参数之一。为了测定火前风速,在多个火灾现场设置了气象观测点,使用气象球等设备对火前的风速进行实时监测。记录了不同时间段内火前风速的变化,分析了其与火灾蔓延速度的关系。此外,还进行了一系列火灾模拟实验,模拟不同风速条件下火灾的蔓延过程。通过测定模拟火灾的火前风速,获得了火前风速与火灾蔓延速度之间的定量关系,为火灾风险评估提供了重要数据。③火线辐射的测定:火线辐射是衡量火灾影响范围的关键参数之一。为了测定火线辐射,在火灾现场设置了多个辐射测量点,使用辐射仪器对火线辐射强度进行实时监测。记录了不同火灾阶段火线辐射的变化,分析了其与植被损失程度的关系[4]。此外,还进行了一系列火灾模拟实验,模拟不同辐射强度条件下火灾的蔓延过程。通过测定模拟火灾的火线辐射,获得了火线辐射与植被损失之间的关系,为火灾影响评估提供了重要数据。通过以上的现场观测和实验设计,获得了关于火源温度、火前风速和火线辐射等火环境参数的详细数据,这些数据将为后续的结果分析和火灾防控策略制定提供有力的科学支持。

2.3 火环境参数测定方法

①火源温度测定方法:为测定火源温度,使用了热像仪。热像仪能够捕捉红外辐射,将其转化为温度图像,可实现对火源温度的非接触式测量。在火灾现场,将热像仪对准火源,记录下温度数据。为了提高测量精度,采取多次测量并取平均值,同时考虑环境温度的影响,进行了温度校正。②火前风速测定方法:为了测定火前风速,设置了气象观测点,并使用了气象球等设备。气象球能够实时监测风速和风向,并将数据记录下来。在火灾现场,将气象球放置在离火源较近的位置,确保准确测量火前风速。为了获得更全面的数据,在不同位置设置了多个气象观测点,并将各点的风速数据综合分析[5]。③火线辐射测定方法:火线辐射是通过辐射仪器进行测量的。在火灾现场设置了多个辐射测量点,使用辐射仪器实时监测火线辐射强度。辐射仪器能够捕捉火线的辐射能量,并将其转化为辐射强度数据。记录了不同时间段内的辐射强度数据,并进行了数据分析。为了模拟不同辐射强度条件下的火灾蔓延过程,还进行了一系列火灾模拟实验[6]。在这些实验中,使用辐射仪器测定模拟火灾的火线辐射,以获取不同辐射强度条件下的数据。

研究中采用了热像仪、气象球和辐射仪器等专业设备和仪器,通过现场观测和实验设计,获取了大兴安岭呼中林区雷击火的火环境参数的详细数据。根据观测和实验,获得了相关数据,这些数据为后续的结果分析提供了可靠的基础,有助于更深入地了解火灾特征和蔓延机制,为火灾预测、管理和防控提供科学依据,见表1。

表1 大兴安岭呼中林区雷击火的火环境数据

这些数据揭示了大兴安岭呼中林区雷击火的关键特征,火源温度高达800℃,火前风速为12 m/s,火线辐射达到15 kW/m2。这些信息为深入了解火环境和火灾特性提供了机会,为今后的火灾研究、管理和防控提供了重要的数据参考。

3 结果与分析

3.1 雷击火发生机制分析

雷击火的发生与雷电活动密切相关。根据历史火灾记录,发现大兴安岭呼中林区在夏季雷电活动高峰期,雷击火发生的频率显著增加。雷电引发的火灾通常由闪电直接击中植被或引发地表火源,迅速点燃周围的植被。这种起火方式往往发生在气象条件不稳定、闪电频繁的情况下,加剧了火灾的风险。其次,不同植被类型对雷击火的蔓延产生了不同的影响。大兴安岭呼中林区拥有多种植被类型,包括针叶林、阔叶林和混交林[7]。观察到,在雷击火发生后,针叶林和干燥植被更容易燃烧,由于其较高的树木密度和树脂含量,火势蔓延迅速。相反,阔叶林和湿地植被通常具有较低的火灾蔓延速度,因为它们的树木较少、植被覆盖度较高,且含水量较高,不易点燃。气象条件是雷击火发生的关键因素之一。夏季大兴安岭呼中林区的气温较高,相对湿度较低,降水量不足,同时季风带来的强风也加剧了火灾的蔓延。这些不利的气象条件有助于火灾的快速传播,造成更大范围的破坏[8]。雷击火的发生机制是一个复杂的过程,涉及雷电活动、植被特点和气象条件的相互作用。在接下来的研究中,将进一步深入分析这些机制,以制定更有效的防火策略,降低火灾的风险,保护生态环境和社会安全。

3.2 火环境参数与火灾关系研究

在大兴安岭呼中林区进行雷击火的火环境研究中,了解火环境参数与火灾之间的关系至关重要。这些参数提供了关于火势、火行为和火灾扩展的关键信息,有助于我们更好地了解火灾的演变过程和采取有效的应对措施。①气象条件:火环境参数中最重要的是气象条件。气温、湿度、风速和风向等因素在火灾发生和发展中扮演着关键角色。根据过去的数据研究发现,呼中林区雷击火多发生在高温低湿、风速较大的条件下。例如,平均气温在30℃以上,相对湿度在20%以下,风速在5 m/s以上时,火灾风险显著增加。②燃料类型与湿度:研究还需要关注燃料的种类和湿度。呼中林区的森林主要由针叶树和灌木组成,它们的湿度直接影响火势。数据表明,干燥的植被更容易燃烧,因此,研究燃料湿度与火灾之间的关系对火灾预防至关重要。③雷击频率和强度:大兴安岭呼中林区是雷电活动频繁的地区。通过记录雷击的频率和强度,可以分析雷击火发生的可能性和火势。数据显示,火灾往往在雷电频发的季节内增加,特别是在雷电强度较大的情况下。④火险等级:火险等级是一个用于衡量火灾风险的参数,通常由相关部门发布。该等级基于气象条件、燃料湿度和其他因素,可以帮助决策者评估火灾的可能性。与火险等级相关的数据将有助于研究者更好地理解火灾与火险等级之间的关系。⑤地形与火势:大兴安岭的地形复杂多变,山脉、河流、谷地等地形特征都会对火势和火灾的传播产生重要影响。通过数字高程模型(DEM)数据和地理信息系统(GIS)工具,可以分析地形对火灾扩散的影响,以及潜在的火线路径。通过深入研究上述参数,可以建立火灾风险模型,预测火灾的可能性和发展趋势。这不仅可以帮助当地政府和消防部门更好地制定火灾预防和管理策略,还可以提供科学依据,以降低火灾对生态环境和人类社会的影响。因此,通过对火环境参数与火灾关系的深入研究,能够更有效地保护大兴安岭呼中林区的自然资源和居民安全(见表2)。

表2 大兴安岭呼中林区雷击火相关关键参数

3.3 防火措施的可行性评估

首先,建立火灾预警系统是至关重要的。通过引入先进的雷电监测技术和气象监测设备,可以及时检测到雷电活动的增加,预警可能的火灾风险。这将使防火部门能够迅速采取行动,调动人力和物力资源,提高火灾的应对效率。该预警系统的建立成本相对较低,实施可行性高。火线管理和消防道路建设是有效应对火灾的重要手段。定期清理和管理火线,建设消防道路,可以确保消防人员能够迅速到达火源,并有效扑灭火灾[11]。生态修复与植被管理是长期防火的关键措施。通过采取植被管理措施,减少易燃植被的密度,降低火灾的发生概率和蔓延速度。生态修复则有助于增加植被多样性,提高生态系统的抗火性。这些措施需要长期投入和持续管理,但对生态环境的保护和森林防火的可持续发展至关重要[12]。公众教育与宣传是防火工作中不可或缺的一环。加强火灾防范的宣传教育,提高居民的火灾防护意识,培养火灾防护习惯,可以降低人为火灾的发生率。这一措施的实施成本相对较低,但需要长期而持续的宣传工作。综合考虑,以上防火措施在大兴安岭呼中林区是可行的。防火工作是一个长期而复杂的过程,需要政府、科研机构和社会各界的共同努力[13]。通过实施这些措施,有望提高大兴安岭呼中林区的火灾防治水平,降低火灾对生态环境和社会安全的影响,实现森林防火的可持续发展。

4 结论与讨论

4.1 结果总结与重要发现

明确了雷击火的发生机制。通过对历史火灾记录的分析,发现雷电活动与火灾发生存在明显的相关性。特别是在夏季雷电季节,雷击火的频率显著增加。雷电引发的火灾通常由闪电直接击中植被或引发地表火源,迅速点燃周围的植被。这一发现为火灾预测和管理提供了重要线索。研究了不同植被类型对雷击火的蔓延影响。大兴安岭呼中林区拥有多种植被类型,其中针叶林和干燥植被更容易燃烧,由于其较高的树木密度和树脂含量,火势蔓延迅速。相反,阔叶林和湿地植被通常具有较低的火灾蔓延速度。这一发现有助于针对不同植被类型采取有针对性的防火措施。分析了气象条件对火灾的影响。夏季大兴安岭呼中林区的高温低湿和强风等气象条件对火灾的发展具有重要影响。这些条件有助于火灾的快速蔓延,增加了火灾风险[14]。了解雷击火的发生机制、植被类型对火灾蔓延的影响以及气象条件的作用,有助于制定更有效的防火策略。在未来的防火工作中,将进一步深入研究这些机制,不断改进防火措施,以降低火灾风险,保护生态环境和社会安全。本研究的成果还为其他雷击火频发地区的火灾管理提供了有益的借鉴经验,为森林防火事业的可持续发展提供了科学指导。

4.2 雷击火发生的预测与管理

基于研究结果,认为未来的雷击火预测和管理需要以下方面的改进:①提高雷电监测:加强雷电活动的监测和预警系统,提前识别雷电高峰期,以便采取及时的防火措施。②加强火灾数据收集:持续收集和更新火灾历史数据,建立完善的数据库,为火灾管理和科研提供更多信息。③火灾模拟和风险评估:利用研究中的火环境参数数据,开展火灾模拟和风险评估,为火灾管理部门提供科学依据。

为了提高大兴安岭呼中林区的火灾防控水平,建议采取以下改进和可行性建议:①加强火线管理:定期清理和管理火线,确保消防人员能够迅速到达火源,有效扑灭火灾。②推行植被管理:通过植被管理,减少易燃植被的密度,降低火灾的发生概率和蔓延速度。③开展公众教育:加强火灾防范的宣传教育,提高居民的火灾防护意识,培养火灾防护习惯[15]。④生态修复:采取生态修复措施,增加植被多样性,提高生态系统的抗火性。综合来看,本研究的结果对于大兴安岭呼中林区的火灾管理和生态保护具有重要意义[16]。通过深入研究雷击火的发生机制和火环境特征,以及提出的防火措施建议,有望减少火灾对该地区的影响,保护宝贵的自然资源,提高社会安全水平,实现森林防火的可持续发展。

5 结语

本研究深入探讨了中国大兴安岭呼中林区雷击火的发生机制和火环境特征,并提出了相关的防火措施建议。通过对历史火灾数据的分析、气象条件的研究以及现场火灾模拟实验,明确了雷电活动、植被类型和气象条件与雷击火发生的密切关系。高强度的雷电活动、易燃植被和不利的气象条件是雷击火的主要影响因素。这一发现为火灾预测和管理提供了重要线索。测定了火环境参数,包括火源温度、火前风速和火线辐射等,深入了解了火灾过程中的环境条件。最后,提出了一系列可行性建议,包括建立火灾预警系统、改善火线管理、生态修复和植被管理、公众教育等。这些建议有望提高火灾的预防和应对能力,保护大兴安岭呼中林区的生态环境和资源。

在未来,将继续关注大兴安岭呼中林区的火灾问题,不断完善防火措施,提高火灾预测的精度,以确保该地区的生态平衡和社会安全。本研究的成果为大兴安岭呼中林区的森林防火工作提供了科学支持,也为其他雷击火频发地区的火灾管理提供了借鉴经验[17,18]。期待着在不久的将来,能够见证这一地区的火灾风险得到有效控制,生态环境得以永续保护。