黑龙江省林火空间格局分析及呼中林区林火蔓延三维模拟

• 作 者: 柳生吉
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 森林火灾 林火蔓延 空间格局 三维模拟 控制因子

森林火灾是人类遭受的最为严重的自然灾害之一，它不仅烧毁动植物资源、破坏生态系统，而且威胁到人身安全，造成巨大的经济损失。森林火灾一直以来是科研工作者们热衷的研究对象。森林火灾具有突发性、随机性以及难以快速控制性等特点，探索林火发生发展的规律并巧妙地应用到林火预防和控制工作中具有非常重要的意义。林火分布模型是在较大区域上预测林火空间分布的强有力工具，并可以确定影响林火分布的控制因子。而林火蔓延模型是对已发生林火的相关林火行为的描述或者预测，它是研究一场林火从发生发展到最后熄灭的整个过程中所表现出的特征的有效手段。　　
首先，本研究基于黑龙江省1996-2006年的历史火烧记录数据，分别采用广义线性模型和最大熵模型分析了地形、人类活动和土地覆盖类型等环境控制因子对黑龙江省林火空间分布的影响;并对两个模型的预测精度、评价环境变量重要性及预测火点概率的空间分布等方面做了比较。结果表明:两个模型的预测精度均达中等水平，但是最大熵模型的预测精度略高于广义线性模型。总体而言，与人类活动相关的变量是林火分布模型最佳的环境变量，地形变量次之。尽管两个模型在预测精度和环境变量重要性方面都有很大的相似性，但是最大熵模型产生的火点概率图的空间格局与广义线性模型产生的明显不同。因此，本研究建议当需要用较为精确地预测森林火险分布来确定林火易发区时，应该采用不同模型进行比较，或者有选择性地进行组合以产生综合的预测结果，从而为森林防火工作提供更加合理高效的建议。　　
本文综合分析了国内外林火蔓延研究的研究进展，并结合呼中林区的实际情况，选择Rothermel蔓延模型为林火蔓延模拟模型，采用微软的Visual Studio2010做为开发工具，OpenSceneGraph3.0作为三维渲染引擎完成了一个林火蔓延模拟软件(3DVFS)的开发。本文用到的蔓延算法是最短传播时间算法，它的优点是计算效率比较高。该研究综合考虑了风、地形、可燃物类型等因素对林火蔓延的影响。研究结果表明:本研究所实现的软件可以反映森林火灾的蔓延规律，希望能在今后的工作中进一步完善，从而为林火行为研究工作、森林防火扑火工作等提供一定的指导作用。