大興安嶺呼中林區雷擊火發生機制與火環境研究

張念慈,劉 迪*,劉廣菊

(1．黑龍江省森林保護研究所 黑龍江,哈爾濱 150040;2.南京警察學院 江蘇,南京 210000)

森林火災一直是森林生態系統和社會經濟的一大威脅,特別是在中國大興安嶺呼中林區,由雷擊引發的森林火災一直頻繁發生,給該地區的生態環境和資源保護帶來了巨大挑戰。雷擊火災的發生不僅導致生態系統恢復周期的延長,還對人類居住區域的安全構成了威脅。因此,對大興安嶺呼中林區的雷擊火災問題進行深入研究至關重要。大興安嶺呼中林區是中國東北地區最大的林區之一,擁有豐富的森林資源。然而,這一地區的火災問題已成為威脅當地生態系統和社會安全的主要問題之一。火災不僅破壞了珍貴的森林生態系統,還導致了生態系統功能的喪失,對野生動植物群體造成了威脅,甚至影響了水資源和空氣質量。因此,深入了解火災的發生機制和影響因素,以制定更有效的防火策略,對于維護大興安嶺呼中林區的生態平衡和可持續發展至關重要。

本研究旨在探討大興安嶺呼中林區雷擊火的發生機制和火環境特征,為制定更有效的防火策略提供科學依據。本研究將結合歷史火災數據、氣象因素和植被類型等多維度數據,深入分析雷擊火的發生規律,同時提出可行性的防火措施,以應對未來火災風險。研究的創新之處在于綜合考慮了地理、氣象和生態因素,以全面理解火災的復雜性,從而為大興安嶺呼中林區的火災管理和生態保護提供新的思路和方法。在這一背景下,本研究旨在為大興安嶺呼中林區的森林防火工作提供有力的科學支持,以確保該地區寶貴的自然資源得以永續利用,同時保護生態環境和社會安全。

1 試驗的概況

1.1 研究區域情況

大興安嶺,位于中國東北部,橫跨黑龍江、內蒙古和俄羅斯遠東地區。它是中國東北地區最大的山脈之一,擁有壯麗的自然景觀和豐富的生態資源。大興安嶺地區的地理坐標約為48°N～53°N,129°E～135°E之間。這個地區的氣候條件多變,受亞寒帶氣候影響,冬季寒冷且漫長,夏季短暫而溫暖。

呼中林區是大興安嶺地區的一個重要林區,位于大興安嶺東段,地理坐標大約介于50°N～52°N,130°E～133°E之間。這一地區有以下特點:①豐富的植被類型:呼中林區擁有多種森林類型,包括針葉林、闊葉林和混交林,這些植被類型構成了復雜多樣的生態系統。②多樣的野生動植物:該地區生態多樣性豐富,棲息著許多珍稀的野生動植物,如東北虎、林麝、白枕鶴等。③氣象多變:由于地處高緯度,呼中林區的氣候條件極具挑戰性。冬季長而寒冷,夏季短暫,降水分布不均,氣溫波動較大[1]。④雷擊火風險高:由于特殊的地理位置和氣候條件,呼中林區雷擊火風險較高。雷電活動頻繁,極易引發林火,給生態系統和社會安全帶來威脅。

1.2 雷擊火歷史數據分析

為了更好地理解呼中林區雷擊火的發生情況,進行了詳細的歷史數據分析。通過回顧過去幾十年的火災記錄,可以了解到以下關鍵信息:①火災頻發:呼中林區的雷擊火歷史數據顯示,雷擊引發的火災在這一地區頻繁發生,造成了嚴重的生態和經濟損失。②季節分布:大多數雷擊火發生在夏季,特別是雷電活動高峰期。這一季節性分布對火災管理提出了挑戰。③地理分布:雷擊火在呼中林區的分布不均勻,某些區域更容易受到火災的影響。這種不均勻性可能與地形、植被類型和氣象條件等因素有關。④火災規模:過去的雷擊火災中,一些火災規模龐大,對生態系統和社會造成了嚴重威脅[2]。通過對這些歷史數據的深入分析,可以更好地了解呼中林區雷擊火的特點和規律,為未來的研究提供了重要線索,同時也為防火策略的制定提供了重要參考依據。

2 材料與方法

2.1數據收集和整理

本研究的數據來源包括歷史火災記錄、氣象數據、地理信息系統(GIS)數據以及植被調查數據。以下是數據收集和整理的步驟:①歷史火災記錄:收集了大興安嶺呼中林區過去數十年的雷擊火災數據,包括火災發生地點、時間、火災規模等信息。這些數據用于分析火災的時空分布和頻率。②氣象數據:獲取了呼中林區的氣象數據,包括氣溫、相對濕度、風速、降水量等,以及雷電活動數據。這些數據用于研究火災發生與氣象條件的關系。③GIS數據:利用GIS技術獲取了呼中林區的地形、植被類型、土壤特征等空間信息,以構建火災風險模型和火環境分析模型。④植被調查數據:進行了現場植被調查,記錄了不同地區的植被類型、植被覆蓋度和植被高度等信息,以研究植被與火災的關系。

2.2 現場觀測與實驗設計

①火源溫度的測定:在研究區域選擇了多個典型的雷擊火災現場進行火源溫度的實地測定。為了確保數據的準確性,采用了熱像儀等專業設備,對火源進行了高精度的測量。在不同時間段內,記錄了火源的溫度變化,以獲得火源溫度的變化規律。為了研究火源溫度與火災的關系,還在現場模擬了不同火源溫度條件下的火災,并記錄了其燃燒過程中的溫度數據。通過這些實驗,得到了不同火源溫度下火災的燃燒特征和燃燒速度,為后續分析提供了重要數據[3]。②火前風速的測定:火前風速是影響火災蔓延速度和火勢的重要參數之一。為了測定火前風速,在多個火災現場設置了氣象觀測點,使用氣象球等設備對火前的風速進行實時監測。記錄了不同時間段內火前風速的變化,分析了其與火災蔓延速度的關系。此外,還進行了一系列火災模擬實驗,模擬不同風速條件下火災的蔓延過程。通過測定模擬火災的火前風速,獲得了火前風速與火災蔓延速度之間的定量關系,為火災風險評估提供了重要數據。③火線輻射的測定:火線輻射是衡量火災影響范圍的關鍵參數之一。為了測定火線輻射,在火災現場設置了多個輻射測量點,使用輻射儀器對火線輻射強度進行實時監測。記錄了不同火災階段火線輻射的變化,分析了其與植被損失程度的關系[4]。此外,還進行了一系列火災模擬實驗,模擬不同輻射強度條件下火災的蔓延過程。通過測定模擬火災的火線輻射,獲得了火線輻射與植被損失之間的關系,為火災影響評估提供了重要數據。通過以上的現場觀測和實驗設計,獲得了關于火源溫度、火前風速和火線輻射等火環境參數的詳細數據,這些數據將為后續的結果分析和火災防控策略制定提供有力的科學支持。

2.3 火環境參數測定方法

①火源溫度測定方法:為測定火源溫度,使用了熱像儀。熱像儀能夠捕捉紅外輻射,將其轉化為溫度圖像,可實現對火源溫度的非接觸式測量。在火災現場,將熱像儀對準火源,記錄下溫度數據。為了提高測量精度,采取多次測量并取平均值,同時考慮環境溫度的影響,進行了溫度校正。②火前風速測定方法:為了測定火前風速,設置了氣象觀測點,并使用了氣象球等設備。氣象球能夠實時監測風速和風向,并將數據記錄下來。在火災現場,將氣象球放置在離火源較近的位置,確保準確測量火前風速。為了獲得更全面的數據,在不同位置設置了多個氣象觀測點,并將各點的風速數據綜合分析[5]。③火線輻射測定方法:火線輻射是通過輻射儀器進行測量的。在火災現場設置了多個輻射測量點,使用輻射儀器實時監測火線輻射強度。輻射儀器能夠捕捉火線的輻射能量,并將其轉化為輻射強度數據。記錄了不同時間段內的輻射強度數據,并進行了數據分析。為了模擬不同輻射強度條件下的火災蔓延過程,還進行了一系列火災模擬實驗[6]。在這些實驗中,使用輻射儀器測定模擬火災的火線輻射,以獲取不同輻射強度條件下的數據。

研究中采用了熱像儀、氣象球和輻射儀器等專業設備和儀器,通過現場觀測和實驗設計,獲取了大興安嶺呼中林區雷擊火的火環境參數的詳細數據。根據觀測和實驗,獲得了相關數據,這些數據為后續的結果分析提供了可靠的基礎,有助于更深入地了解火災特征和蔓延機制,為火災預測、管理和防控提供科學依據,見表1。

表1 大興安嶺呼中林區雷擊火的火環境數據

這些數據揭示了大興安嶺呼中林區雷擊火的關鍵特征,火源溫度高達800℃,火前風速為12 m/s,火線輻射達到15 kW/m2。這些信息為深入了解火環境和火災特性提供了機會,為今后的火災研究、管理和防控提供了重要的數據參考。

3 結果與分析

3.1 雷擊火發生機制分析

雷擊火的發生與雷電活動密切相關。根據歷史火災記錄,發現大興安嶺呼中林區在夏季雷電活動高峰期,雷擊火發生的頻率顯著增加。雷電引發的火災通常由閃電直接擊中植被或引發地表火源,迅速點燃周圍的植被。這種起火方式往往發生在氣象條件不穩定、閃電頻繁的情況下,加劇了火災的風險。其次,不同植被類型對雷擊火的蔓延產生了不同的影響。大興安嶺呼中林區擁有多種植被類型,包括針葉林、闊葉林和混交林[7]。觀察到,在雷擊火發生后,針葉林和干燥植被更容易燃燒,由于其較高的樹木密度和樹脂含量,火勢蔓延迅速。相反,闊葉林和濕地植被通常具有較低的火災蔓延速度,因為它們的樹木較少、植被覆蓋度較高,且含水量較高,不易點燃。氣象條件是雷擊火發生的關鍵因素之一。夏季大興安嶺呼中林區的氣溫較高,相對濕度較低,降水量不足,同時季風帶來的強風也加劇了火災的蔓延。這些不利的氣象條件有助于火災的快速傳播,造成更大范圍的破壞[8]。雷擊火的發生機制是一個復雜的過程,涉及雷電活動、植被特點和氣象條件的相互作用。在接下來的研究中,將進一步深入分析這些機制,以制定更有效的防火策略,降低火災的風險,保護生態環境和社會安全。

3.2 火環境參數與火災關系研究

在大興安嶺呼中林區進行雷擊火的火環境研究中,了解火環境參數與火災之間的關系至關重要。這些參數提供了關于火勢、火行為和火災擴展的關鍵信息,有助于我們更好地了解火災的演變過程和采取有效的應對措施。①氣象條件:火環境參數中最重要的是氣象條件。氣溫、濕度、風速和風向等因素在火災發生和發展中扮演著關鍵角色。根據過去的數據研究發現,呼中林區雷擊火多發生在高溫低濕、風速較大的條件下。例如,平均氣溫在30℃以上,相對濕度在20%以下,風速在5 m/s以上時,火災風險顯著增加。②燃料類型與濕度:研究還需要關注燃料的種類和濕度。呼中林區的森林主要由針葉樹和灌木組成,它們的濕度直接影響火勢。數據表明,干燥的植被更容易燃燒,因此,研究燃料濕度與火災之間的關系對火災預防至關重要。③雷擊頻率和強度:大興安嶺呼中林區是雷電活動頻繁的地區。通過記錄雷擊的頻率和強度,可以分析雷擊火發生的可能性和火勢。數據顯示,火災往往在雷電頻發的季節內增加,特別是在雷電強度較大的情況下。④火險等級:火險等級是一個用于衡量火災風險的參數,通常由相關部門發布。該等級基于氣象條件、燃料濕度和其他因素,可以幫助決策者評估火災的可能性。與火險等級相關的數據將有助于研究者更好地理解火災與火險等級之間的關系。⑤地形與火勢:大興安嶺的地形復雜多變,山脈、河流、谷地等地形特征都會對火勢和火災的傳播產生重要影響。通過數字高程模型(DEM)數據和地理信息系統(GIS)工具,可以分析地形對火災擴散的影響,以及潛在的火線路徑。通過深入研究上述參數,可以建立火災風險模型,預測火災的可能性和發展趨勢。這不僅可以幫助當地政府和消防部門更好地制定火災預防和管理策略,還可以提供科學依據,以降低火災對生態環境和人類社會的影響。因此,通過對火環境參數與火災關系的深入研究,能夠更有效地保護大興安嶺呼中林區的自然資源和居民安全(見表2)。

表2 大興安嶺呼中林區雷擊火相關關鍵參數

3.3 防火措施的可行性評估

首先,建立火災預警系統是至關重要的。通過引入先進的雷電監測技術和氣象監測設備,可以及時檢測到雷電活動的增加,預警可能的火災風險。這將使防火部門能夠迅速采取行動,調動人力和物力資源,提高火災的應對效率。該預警系統的建立成本相對較低,實施可行性高。火線管理和消防道路建設是有效應對火災的重要手段。定期清理和管理火線,建設消防道路,可以確保消防人員能夠迅速到達火源,并有效撲滅火災[11]。生態修復與植被管理是長期防火的關鍵措施。通過采取植被管理措施,減少易燃植被的密度,降低火災的發生概率和蔓延速度。生態修復則有助于增加植被多樣性,提高生態系統的抗火性。這些措施需要長期投入和持續管理,但對生態環境的保護和森林防火的可持續發展至關重要[12]。公眾教育與宣傳是防火工作中不可或缺的一環。加強火災防范的宣傳教育,提高居民的火災防護意識,培養火災防護習慣,可以降低人為火災的發生率。這一措施的實施成本相對較低,但需要長期而持續的宣傳工作。綜合考慮,以上防火措施在大興安嶺呼中林區是可行的。防火工作是一個長期而復雜的過程,需要政府、科研機構和社會各界的共同努力[13]。通過實施這些措施,有望提高大興安嶺呼中林區的火災防治水平,降低火災對生態環境和社會安全的影響,實現森林防火的可持續發展。

4 結論與討論

4.1 結果總結與重要發現

明確了雷擊火的發生機制。通過對歷史火災記錄的分析,發現雷電活動與火災發生存在明顯的相關性。特別是在夏季雷電季節,雷擊火的頻率顯著增加。雷電引發的火災通常由閃電直接擊中植被或引發地表火源,迅速點燃周圍的植被。這一發現為火災預測和管理提供了重要線索。研究了不同植被類型對雷擊火的蔓延影響。大興安嶺呼中林區擁有多種植被類型,其中針葉林和干燥植被更容易燃燒,由于其較高的樹木密度和樹脂含量,火勢蔓延迅速。相反,闊葉林和濕地植被通常具有較低的火災蔓延速度。這一發現有助于針對不同植被類型采取有針對性的防火措施。分析了氣象條件對火災的影響。夏季大興安嶺呼中林區的高溫低濕和強風等氣象條件對火災的發展具有重要影響。這些條件有助于火災的快速蔓延,增加了火災風險[14]。了解雷擊火的發生機制、植被類型對火災蔓延的影響以及氣象條件的作用,有助于制定更有效的防火策略。在未來的防火工作中,將進一步深入研究這些機制,不斷改進防火措施,以降低火災風險,保護生態環境和社會安全。本研究的成果還為其他雷擊火頻發地區的火災管理提供了有益的借鑒經驗,為森林防火事業的可持續發展提供了科學指導。

4.2 雷擊火發生的預測與管理

基于研究結果,認為未來的雷擊火預測和管理需要以下方面的改進:①提高雷電監測:加強雷電活動的監測和預警系統,提前識別雷電高峰期,以便采取及時的防火措施。②加強火災數據收集:持續收集和更新火災歷史數據,建立完善的數據庫,為火災管理和科研提供更多信息。③火災模擬和風險評估:利用研究中的火環境參數數據,開展火災模擬和風險評估,為火災管理部門提供科學依據。

為了提高大興安嶺呼中林區的火災防控水平,建議采取以下改進和可行性建議:①加強火線管理:定期清理和管理火線,確保消防人員能夠迅速到達火源,有效撲滅火災。②推行植被管理:通過植被管理,減少易燃植被的密度,降低火災的發生概率和蔓延速度。③開展公眾教育:加強火災防范的宣傳教育,提高居民的火災防護意識,培養火災防護習慣[15]。④生態修復:采取生態修復措施,增加植被多樣性,提高生態系統的抗火性。綜合來看,本研究的結果對于大興安嶺呼中林區的火災管理和生態保護具有重要意義[16]。通過深入研究雷擊火的發生機制和火環境特征,以及提出的防火措施建議,有望減少火災對該地區的影響,保護寶貴的自然資源,提高社會安全水平,實現森林防火的可持續發展。

5 結語

本研究深入探討了中國大興安嶺呼中林區雷擊火的發生機制和火環境特征,并提出了相關的防火措施建議。通過對歷史火災數據的分析、氣象條件的研究以及現場火災模擬實驗,明確了雷電活動、植被類型和氣象條件與雷擊火發生的密切關系。高強度的雷電活動、易燃植被和不利的氣象條件是雷擊火的主要影響因素。這一發現為火災預測和管理提供了重要線索。測定了火環境參數,包括火源溫度、火前風速和火線輻射等,深入了解了火災過程中的環境條件。最后,提出了一系列可行性建議,包括建立火災預警系統、改善火線管理、生態修復和植被管理、公眾教育等。這些建議有望提高火災的預防和應對能力,保護大興安嶺呼中林區的生態環境和資源。

在未來,將繼續關注大興安嶺呼中林區的火災問題,不斷完善防火措施,提高火災預測的精度,以確保該地區的生態平衡和社會安全。本研究的成果為大興安嶺呼中林區的森林防火工作提供了科學支持,也為其他雷擊火頻發地區的火災管理提供了借鑒經驗[17,18]。期待著在不久的將來,能夠見證這一地區的火災風險得到有效控制,生態環境得以永續保護。