仙林丁山气象因子和地表可燃物含水率关系研究

2020-08-12孙泽儒张忠震赖庆方劳港雄孙绪鸿南京森林警察学院江苏南京210023

科学技术创新 2020年21期

孙泽儒张忠震赖庆方劳港雄孙绪鸿（南京森林警察学院，江苏南京210023）

森林是人类赖以生存和社会发展最重要的和不可缺少的资源。由于人类活动及异常自然因素等原因影响，森林火灾时有发生，对人类生命财产及生态环境造成了巨大危害。森林可燃物的含水率大小决定了森林可燃物燃烧的难易程度，特别是地表可燃物含水率与气象条件密切相关。通过分析气象因子和地表可燃物含水率之间的关系，对仙林丁山主要气象因子和地表可燃物含水率进行连续观测，分析丁山主要气象因子与地表可燃物含水率变化的关系，建立数学模型，为丁山森林火险预报提供一定的可参考的理论条件。

1 研究区域

研究地丁山位于南京仙林大学城位内，我校西北面，山上植物繁茂，主要植物有马尾松，构树，七叶树，窃衣，马唐，糠稷，楝，早圆竹，金丝草，满江红，湿地松，黄荆，黄杨，黄连木，常春藤，朴树，枇杷，金鸡菊，菝葜，樟等。该区属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水年平均降水量1106mm；四季分明，年平均温度15.4°C，年极端气温最高39.7°C，最低－13.1°C，无霜期237d，年积温（≥10℃）4897℃。丁山山体主要走向为东西方向，高度一般在40m 以上。

2 使用仪器

烘干箱、自动气象站、电子秤、信封袋。

3 研究方法

3.1 地表可燃物含水率

3.1.1 取样：坡向不一样，森林火灾危险性不一样，不同坡向火灾危险性由高到低排列为：南坡、西坡、东坡、北坡。 2019 年10 月～12 月，通过踏查,在丁山选择3 个坡向(南、东和北)，在3个坡向中段选取有代表性的地段分别设置1 个典型样方，为方便取样，每个样方为正方形（0.2 m×0.2 m）小样方，对样方里的地表可燃物物进行取样，将采集的地表可燃物装入0.2cm×0.2cm 的尼龙网中，尼龙网密度为40 目。将尼龙网放回采样点，保持尼龙网与周围环境充分接触，即可以维持地表凋落物与周围环境自然的水分交换状态，也避免了外界因素造成的样品的增加或减少。3.1.2 湿重：选择在每日13: 30 左右，小组成员轮流对3 个样地样品尼龙网袋进行称质量，记录为湿量。3.1.3干重：监测期结束后，将样品带回实验室烘干，烘干箱设置105℃，把样品放入烘干箱持续烘干24 小时至恒质量，对烘干后的样品称重。3.1.4 计算地表可燃物含水率：含水率可分为绝对含水率和相对含水率，本研究仅对绝对含水率进行研究，计算公式如下：

利用实验测定记录的地表可燃物的湿重和干重，计算得到各个样地采样点每日13: 30 地表可燃物含水率的数据。

3.2 主要的气象因子

3.2.1 主要气象因子的选取。气象因子指的是能够表明大气物理现象和物理状态的各项动态因子，其随着时间和空间的变化。主要包括气温、空气相对湿度、风向风速、降水量和连续干旱天数。本研究参考了2015 年中国气象局提出修订、2018 年正式通过的国家标准《森林火险气象等级》的标准，选择空气温度、空气相对湿度、风3 个气象因子作为影响地表可燃物含水率的主要气象因子。3.2.2 气象因子测量。气温、空气相对湿度、风的观测来源于对自动气象站每日记录数据的整理。

3.3 数据分析方法

上式定义了总体相关系数，常用希腊小写字母ρ（rho）作为代表符号。估算样本的协方差和标准差，可得到样本相关系数（样本皮尔逊系数），常用小写字母r 代表：

r 亦可由（Xi，Yi）样本点的标准分数均值估值，得到与上式等价的表达式：

3.4 结果与分析

对3 个气象要素进行了了整体分析，绘制了气温、相对湿度折线图，风向、风速散点图，最高气温随时间的变化率和最低相对湿度随时间的变化率具有一定的负相关（此处做了两者相关分析，通过p=0.05 显著性检，结果见表1，相关系数为-0.22）。对南坡、东坡、北坡3 个坡面的地表可燃物含水率进行分析，在相同时间下，地表可燃物含水率由高到低排列为北坡、东坡、南坡，意味着火灾发生危险性由高到低排列为南坡、东坡、北坡。对不同坡向地表可燃物含水率与最高气温、最低相对湿度、风做相关分析，地表可燃物含水率与日最低相对湿度变化趋势一致，与日最高气温变化趋势相反。通过p=0.05 显著性检验的相关性较高的因子是最低相对湿度和地表可燃物含水率，其他因子之间均不是特别显著。尝试过不经过滤波的气温、相对湿度和含水率的数据，与滤波后的相关分析结果差别不大。