水噴淋對(duì)森林公園防火林帶小氣候的影響研究

朱衛(wèi)東+陳鈺皓+何瑩泉+陳雄偉+李小川+王振師

摘要：采用自動(dòng)水噴淋系統(tǒng)對(duì)森林公園防火林帶進(jìn)行了噴淋試驗(yàn)，對(duì)噴淋樣地與對(duì)照樣地內(nèi)的小氣候因素：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對(duì)濕度、空氣溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了觀測(cè)分析。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)噴淋的樣地內(nèi)風(fēng)速、氣壓、空氣相對(duì)濕度、空氣溫度等都有較為明顯的變化。可見(jiàn)森林公園防火林帶內(nèi)的小氣候通過(guò)噴淋系統(tǒng)噴灑后是有一定變化過(guò)程的。

關(guān)鍵詞：水噴淋；防火林帶；小氣候

中圖分類(lèi)號(hào)：S762.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）07-0189-04

1 引言

森林小氣候是由森林以及林冠下灌木叢和草被等形成的一種特殊小氣候[1]。小氣候?qū)χ参锷L(zhǎng)發(fā)育具有重要的作用，從而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，而影響森林小氣候的因素有很多，主要有林內(nèi)的太陽(yáng)輻射、風(fēng)速風(fēng)向、大氣壓、空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、降水量、蒸發(fā)量等。而森林火災(zāi)后，林地小氣候的變化與火災(zāi)程度存在一定的相關(guān)性。

對(duì)于消滅森林火災(zāi)最有效可靠的方法之一是以水滅火[2]。通過(guò)自動(dòng)水噴淋系統(tǒng)的噴灑，調(diào)節(jié)森林公園防火林帶內(nèi)的風(fēng)速、大氣壓、空氣溫度、空氣相對(duì)濕度等的數(shù)據(jù)變化，改變林帶內(nèi)的小氣候，促進(jìn)水噴淋對(duì)提高防火林帶的防火作用和促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用。

2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于東莞市大屏嶂森林公園內(nèi)森林防火系統(tǒng)研究示范基地，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°59′7″～114°1′11″，北緯20°45′44″～22°49′25″之間。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，受季風(fēng)和氣候影響，形成高溫多雨的氣候特點(diǎn)，年降雨量1500～2400 mm，有夏秋多雨，春冬干旱的特點(diǎn)。平均氣溫21.8 ℃，無(wú)霜期350 d以上。該防火研究示范基地郁閉度為0.6～0.8，主要森林植被為人工闊葉林，林分樹(shù)種主要有馬占相思林、荷木、羅浮栲、鴨腳木、香樟、腺葉櫻、黎蒴、青岡、中華錐等。在山坑、溝谷陰坡保留少量的次生地帶性植被-南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林（表1）。

3 試驗(yàn)材料與方法

3.1 試驗(yàn)儀器

AR-816希瑪風(fēng)速計(jì)；土壤溫濕度檢測(cè)儀；德國(guó)TESTO 610 空氣濕度和溫度測(cè)定儀；德圖TESTO 606-2木材水份儀。

3.2 試驗(yàn)方法

在一條300 m長(zhǎng)的給水噴淋防火帶（表1）（專利號(hào)：ZL 2015 2 0845494.3）上設(shè)立A、B、C為噴淋測(cè)試點(diǎn)，另設(shè)立D、E、F為非噴淋測(cè)試點(diǎn)，每點(diǎn)分別在上坡位5 m，下坡位5 m和10 m設(shè)立調(diào)查樣方。并在樣地內(nèi)進(jìn)行了水噴淋前后試驗(yàn)，然后對(duì)樣地的環(huán)境因素：太陽(yáng)輻射照度、空氣溫度、土壤濕度和空氣相對(duì)濕度、空氣濕度、大氣壓、風(fēng)速等進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)采集。觀察期為：2016年2月27日9點(diǎn)至3月3日11點(diǎn)，噴淋前（2016年2月27日9點(diǎn)至2月29日11點(diǎn)）、噴淋后（2016年2月29日13點(diǎn)至3月3日11點(diǎn)），樣點(diǎn)布置如圖1所示。

運(yùn)用Microsoft excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并采用SPS20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析和回歸分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)風(fēng)速影響

風(fēng)在林火預(yù)報(bào)中是一個(gè)十分重要的因子。它可以加快可燃物水分蒸發(fā)，加速干燥而使可燃物易燃，不斷補(bǔ)充新的氧氣，增加助燃條件，加速燃燒過(guò)程。此外，風(fēng)能改變熱對(duì)流，增加平熱流，大大加快林火向前蔓延的速度，有時(shí)還會(huì)造成飛火，擴(kuò)大火災(zāi)面積[3]。因此，風(fēng)速是作為間接因子來(lái)考慮對(duì)可燃物含水率的影響（表2和表3）。

在試驗(yàn)樣地內(nèi)感覺(jué)有微風(fēng)吹下即為可測(cè)風(fēng)力，可使用風(fēng)速儀舉到測(cè)試高度，判斷風(fēng)向，轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)速儀正對(duì)來(lái)風(fēng)方向，讀取和記載穩(wěn)定風(fēng)速數(shù)值。

通過(guò)對(duì)2016年2月27日9時(shí)至3月3日11時(shí)的噴淋和對(duì)照各樣地林內(nèi)測(cè)定的風(fēng)速平均值分析發(fā)現(xiàn)樣地A點(diǎn)和F點(diǎn)處于山坳位置，明顯風(fēng)速平均值較高，樣地B、C、D、E點(diǎn)處于林內(nèi)，風(fēng)速平均值持平，無(wú)明顯變化。

從表2、3可知，觀察期內(nèi)噴淋前，噴淋樣地林內(nèi)風(fēng)速-對(duì)照樣地風(fēng)速計(jì)算出的T統(tǒng)計(jì)值分別為-2.733、-4.552，其對(duì)應(yīng)的臨界置信水平均小于0.05，因此拒絕T檢驗(yàn)的原假設(shè)，即表明噴淋前、后噴淋樣地林內(nèi)的風(fēng)速-對(duì)照樣地的風(fēng)速之間無(wú)顯著差異。但是對(duì)于山谷和山脊等地的風(fēng)速是可以加快林火向前蔓延的速度，有時(shí)還會(huì)造成飛火，擴(kuò)大火災(zāi)面積，在森林防火中，是值得重視的因素。

4.2 水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)大氣壓影響

在諸種氣象條件中，大氣壓的變化跟天氣有密切的關(guān)系[4]，大氣壓隨空氣濕度的增大而減小。通過(guò)水噴淋增加空氣濕度，降低空氣壓，抑制氮?dú)?、氧氣及二氧化碳等多種氣體散發(fā)，防止森林火災(zāi)的蔓延。

通過(guò)對(duì)2016年2月27日9時(shí)至3月3日11時(shí)的噴淋和對(duì)照各樣地林內(nèi)測(cè)定的大氣壓平均值的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)噴淋樣地A、B、C點(diǎn)內(nèi)的大氣壓數(shù)值有明顯下降。對(duì)照樣地D、E、F點(diǎn)內(nèi)氣壓數(shù)值也有所下降， 足以證明水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)的大氣壓是有影響的。

從表4、5可知，觀察期內(nèi)，噴淋樣地林內(nèi)氣壓-對(duì)照樣地氣壓計(jì)算出的T統(tǒng)計(jì)值為58.208，其對(duì)應(yīng)的臨界置信水平小于0.05，因此拒絕T檢驗(yàn)的原假設(shè)，既表明噴淋樣地林內(nèi)的氣壓-對(duì)照樣地的氣壓之間有顯著差異。噴淋樣地林內(nèi)的氣壓均高于對(duì)照樣地的氣壓，噴淋前后，大氣壓的變化對(duì)于森林火災(zāi)的抑制是有一定作用的。

4.3 水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)空氣相對(duì)濕度影響

空氣相對(duì)濕度是火險(xiǎn)天氣中的關(guān)鍵因素，相對(duì)濕度的大小，直接影響到可燃物的干濕程度，隨著濕度的減少，可燃物的干燥速度不斷加快（表6和表7）。

通過(guò)對(duì)2016年2月27日9時(shí)至3月3日11時(shí)的噴淋和對(duì)照各樣地林內(nèi)測(cè)定的空氣相對(duì)濕度平均值的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)照時(shí)，噴淋樣地A、B、C點(diǎn)的空氣相對(duì)濕度值比對(duì)照樣地D、E、F點(diǎn)的值高。經(jīng)過(guò)噴淋后，噴淋樣地A、B、C點(diǎn)的空氣相對(duì)濕度平均值最高。

從表6、7可知，觀察期內(nèi)，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為57.0%，對(duì)照樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為53.7%；噴淋前，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為61.9%，對(duì)照樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為59.1%；噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為53.0%，對(duì)照樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度為49.4%。

噴淋樣地林內(nèi)空氣相對(duì)濕度-對(duì)照樣地空氣相對(duì)濕度計(jì)算出的T統(tǒng)計(jì)值為4.271，其對(duì)應(yīng)的臨界置信水平小于0.05。即表明噴淋前后噴淋樣地林內(nèi)空氣相對(duì)濕度-對(duì)照樣地空氣相對(duì)濕度之間有顯著差異。噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度高于對(duì)照樣地3.6%。因此，水噴淋前后對(duì)于森林公園防火林帶的空氣相對(duì)濕度有直接影響。

4.4 水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)空氣溫度影響

空氣溫度對(duì)森林可燃物的燃燒性具有重要的影響。高的空氣溫度能加速水分蒸發(fā)，使森林可燃物含水量減少，變得干燥，提高可燃物的燃燒性。因此，如果長(zhǎng)時(shí)間的高溫干燥對(duì)火險(xiǎn)程度影響越大，越要更加嚴(yán)格控制用火。

通過(guò)對(duì)2016年2月27日9時(shí)到3月3日11時(shí)的噴淋和對(duì)照各樣地林內(nèi)測(cè)定的空氣溫度平均值的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)噴淋樣地A、B、C點(diǎn)和對(duì)照樣地D、E、F點(diǎn)都是上午11∶00開(kāi)始林內(nèi)溫度持續(xù)上升，一直保持到下午17∶00才下降。說(shuō)明樣地內(nèi)持續(xù)溫度高的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)森林防火不利（表8和表9）。

從表8、9可知，觀察期內(nèi)、噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度-對(duì)照樣地空氣溫度計(jì)算出的T統(tǒng)計(jì)值分別為-2.765、-3.202，其對(duì)應(yīng)的臨界置信水平小于0.05，因此拒絕T檢驗(yàn)的原假設(shè)，既表明觀察期內(nèi)、噴淋后噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度-對(duì)照樣地空氣溫度之間有顯著差異。林內(nèi)空氣溫度變化與實(shí)時(shí)大氣溫度基本吻合；噴淋前后，噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度均低于對(duì)照樣地林內(nèi)空氣溫度。因此，水噴淋對(duì)于森林公園防火林帶內(nèi)空氣溫度影響。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)水噴淋對(duì)森林公園防火林帶噴淋前后的試驗(yàn)，并對(duì)樣地內(nèi)2016年2月27日9時(shí)至3月3日11時(shí)的環(huán)境因素：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對(duì)濕度、空氣溫度等觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)林內(nèi)的小氣候要素差異性來(lái)分析水噴淋是否會(huì)影響森林公園防火林帶內(nèi)的森林小氣候結(jié)論如下。

（1）自動(dòng)噴淋系統(tǒng)對(duì)于改變樣地內(nèi)的小氣候：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對(duì)濕度、空氣溫度是有一定的影響，它關(guān)系到森林火災(zāi)的預(yù)防和控制。

（2）樣地內(nèi)小氣候數(shù)據(jù)直接關(guān)系著森林火災(zāi)智能控制系統(tǒng)，通過(guò)空氣風(fēng)速、大氣壓、濕度、溫度以及煙感等數(shù)據(jù)來(lái)連接噴淋系統(tǒng)的啟動(dòng)關(guān)閉模塊，最終形成森林火災(zāi)智能控制和預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

（3）通過(guò)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)噴灑，改變防火林帶內(nèi)的風(fēng)速、空氣壓力、空氣相對(duì)濕度和溫度等小氣候環(huán)境，從而改善防火林帶內(nèi)植物生長(zhǎng)環(huán)境，加快林木生長(zhǎng)速度，同時(shí)，還防止土壤灰化，對(duì)促進(jìn)枯落物的分解有積極作用。

參考文獻(xiàn)：

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