全 文 ：草 地 火 行 为 研究*
郭
平
孙
刚* *
周道玮
(东北师范大学植被生态科学教育部重点实验室,长春 130024)
李
军
(吉林大学环境科学与工程系, 长春 130023)

摘要
 在松嫩平原采用野外放火的方法, 研究了草地火速度、火强度、火烈度、火形态、火烧迹地形状及其与
气象因子、可燃物、可燃物床特性的关系. 结果表明,风速是影响草地头火速度最主要的因子.除风速外, 晴天时
相对湿度对头火速度影响较大, 降水后大气温度对头火速度影响较大.头火速度> 侧翼火速度> 尾火速度. 风
速与火强度、火深度、火烧迹地形状呈现显著正相关. 采用逐步回归方法建立了草地头火速度、火强度、火烧迹
地形状的预测模型.
关键词
草地火行为
可燃物
影响因子
预测模型
松嫩平原
文章编号
1001- 9332( 2001) 05- 0746- 03
中图分类号
S543
文献标识码
A
Study on f ire behavior in grassland. GUO Ping , SUN Gang, ZHOU Daow ei ( K ey L aborator y f or V egetation Ecology
of M inistr y of Education , Nor theast Normal University , Changchun 130024) , and L I Jun( Depar tment of Environ

mental Science and Engineer ing , J ilin Univer sity , Changchun 130023) .
Chin . J . A pp l . Ecol. , 2001, 12( 5) : 746~
748.
Burning in field was adopted in Songnen Plain to study fire speed, fire intensity, fir e scorch, fir e shape, shape of
burning site and their relationships with climatic factors, combustible, and combustible bed. Wind speed had the
biggest effect on head fire speed. In addition to wind speed, relative humidit y w as the second significant influential
factor for head fire speed in sunny days, and atmosphere temperature had significant influence after precipitation. The
relation of fire speed was head fire speed> flank fir e speed> back fire speed. W ind speed was cor related to fire intensi

ty, fire depth, and shape of burning site significantly and positiv ely. A predictive model for head fire speed, fir e intensi

ty, and shape of burning site in gr assland were established by step statistical method.
Key words
Grassland fire behav ior, Combustible, Influent ial factors, Predictive model, Songnen Plain.


* 国家重点基础研究规划项目 ( G200018606) 和国家自然科学基金
资助项目( 39300023) .


* * 通讯联系人.


2000- 07- 03收稿, 2000- 12- 27接受.
1
引

言
火烧是草地生态系统中的重要环境因子.草地火
行为是指草地可燃物在点燃后所产生的火焰、火蔓延
及其发展过程. 其中,火强度是指单位长度、单位时间
内能量或热量的释放速度.火烈度是衡量草地本身被
烧毁程度的指标.火形态包括火焰高度、火焰深度、火
焰长度等. 火烧迹地形状用椭圆形状系数, 即长轴(与
风向平行)与短轴 (与风向垂直)的比值来刻画[ 1] . 草
地火行为可作为一种生态工具用于草原的管理和经
营[ 4] .国外对草地火行为的研究多侧重于一个或两个
因子与火速度的关系;国内大多只是定性描述,未见具
体工作,有关火行为的估测公式基本上是沿用森林生
态系统的研究结果. 本文较为全面地研究了松嫩平原
草地火行为与气象因子、可燃物特性、可燃物床特性等
多因子的关系, 并且建立了草地火行为预测模型. 旨在
进一步揭示草地火行为规律, 为草地火的预测、管理和
草地计划火烧的使用提供科学依据.
2
研究地区与研究方法
2
1
自然概况
实验地点位于吉林省长岭县腰井子草原区内, 地处松嫩平
原南部( 123
31
~ 124
10
E, 44
30
~ 44
35
N) . 该地区地势平
坦,属于温带半湿润季风气候, 具有明显的大陆性气候特征. 年
均降水量 470mm, 主要集中在夏季,春季和冬季较少. 年均蒸发
量 1600mm.
2
2
研究方法
1997 年 4 月 6~ 20日、1997 年 11 月 12~ 16 日, 两次进行
野外火烧. 选取组成均匀的虎尾草 ( Chlor is virgata)群落作为
火烧样地.火烧前, 在群落内随机取 3 个 0. 5m
0. 5m 的样方,
测量样方内虎尾草可燃物的高度, 重复 3 次, 求其平均值作为
该种样方的平均高度.将 3 个样方的平均值作为可燃物床的平
均高度. 用收获法收集样方内的可燃物量, 将可燃物装入塑料
袋封死后带回实验室, 80
烘干至恒重后称重. 计算平均可燃
物含水率、平均可燃物总量(以干重计)、平均可燃物体积密度
应 用 生 态 学 报
2001 年 10 月
第 12 卷
第 5 期
































CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 2001, 12( 5)
746~ 748
及平均可燃物床孔隙度等项指标: 可燃物含水率= (可燃物湿
重- 可燃物干重) /可燃物干重
100% ; 可燃物体积密度= 可
燃物总量/可燃物体积; 可燃物床孔隙度= 可燃物床体积/可燃
物体积.
以火柴作为火源,进行点状点燃. 火烧后,收集样方内的残
留量,装入塑料袋内带回实验室, 80
烘干至恒重后称重.计算
有效可燃物量、平均火烈度、平均火强度: 有效可燃物量= 可燃
物总量- 可燃物剩余量; 火烈度= (可燃物总量- 有效可燃物
量) /草蓄积量
100% [ 2] ; 火强度= 可燃物发热量
有效可燃
物量
火扩展速度[ 3] . 数据记录从火开始蔓延开始到火熄灭为
止.在整个火烧过程中, 每隔 1min 记录一次大气温度、相对湿
度、风速(距地面 1. 5m)、风向以及火向前、向后、两侧扩展距
离.同时采用标尺估测火长、火高、火深.火止后, 用卷尺测量火
烧迹地长度和宽度,用于计算椭圆形状系数. 根据这些数据, 计
算每场火烧时周围环境的平均温度、平均相对湿度、平均风速、
平均头火速度、平均尾火速度、平均侧翼火速度、平均火长、平
均火高、平均火深等. 累计火烧 107 场.
3
结果与分析
3
1
火速度
3
1
1头火速度与各个因子的关系
头火是与风向平
行、火展最快的部分.由观察可知, 在地势平坦的草原,
当可燃物连续、风向稳定时, 头火速度稳定, 并且沿着
风向迅速前移, 产生一个狭窄的地带;当可燃物间断或
风向不稳定时, 头火速度不稳定, 忽大忽小. 由于实验
期间的气象条件差异,将数据分为两部分(晴天和降水
后)进行分析.各变量标志及单位见表 1.
晴天时,风速是影响草地头火速度的最重要因子,
两者呈显著正相关(表 2) .大气相对湿度是影响头火
速度的第 2个重要因子, 两者呈负相关.可燃物床体积
密度是影响头火速度的第 3个重要因子, 两者呈正相
关.
采用逐步回归方法, 建立了晴天时头火速度 R ( m

min- 1)与相对湿度 RH ( % )、风速 U1. 5 ( m
s- 1)、可
燃物床孔隙度 P 的回归方程:
R = 8. 60 - 9. 91RH + 1. 88U1. 5- 0. 01P
( R
2
= 0. 675,
< 0. 001) (1)
降水后,风速是影响草地头火速度 R 的最重要因
子,两者呈显著正相关;大气温度是影响头火速度的第
2个重要因子,两者亦呈显著正相关(表 3) .
采用逐步回归方法建立了降水后头火速度 R 与
风速 U1. 5的回归方程:
R= 1. 25+ 1. 88 U1. 5
( R 2= 0. 671,
< 0. 01)
( 2)
由方程( 1)、( 2)得到晴天和降水后两种天气下的
头火速度 R 预测模型:
R= 1. 39+ 1. 91 U1. 5
( R 2= 0. 633,
< 0. 01)
( 3)
3
1
2头火速度、尾火速度、侧翼火速度
一般情况
下,每场火都具有头火速度、尾火速度(与风向相反)和
侧翼火速度(与风向垂直) .由野外观察可知, 风速越大
时,头火速度越大,尾火速度、侧翼火速度越小.当风速
超过 8. 0m
s- 1时, 无尾火.在各次火烧中,都有头火速
度> 侧翼火速度> 尾火速度.
表 1
火行为分析中的变量标志
Table 1 Variables symbols of fire behavior analysi s
变量
Variable
标志
Symbol
变量
Variable
标志
Symbol
大气温度 Atmosphere tem perature(
) T 有效可燃物量 Available combust ible amount (g
m- 2) W A
大气相对湿度 Relat ive humidity( % ) RH 火速 Fire speed( m
min - 1) R
风速 Wind speed( m
s- 1) U 1. 5 火烈度 Fire scorch S
可燃物含水率 Fuel moisture( % ) M f 火高度 Fire height( m) H f
可燃物总量 Total amount of combustible(g
m- 2) W T 火深度 Fire depth( m) Df
可燃物床孔隙度 Porosity of combust ible bed P 火长度 Fire length( m) L f可燃物床高度 Height of combust ible bed( m) H 火强度 Fire intensity( kw
m - 1) I
火烧迹地形状系数 Shape coeff icient of burn ing site
可燃物床体积密度 Volume density of combust ible density( g
m - 3)

表 2
因子相关系数矩阵(晴天时)
Table 2 Correlation coefficient matrix between the variables( in sunny days)
T RH U 1. 5 M f W T H
P I R
T 1
RH - 0. 410
* * 1
U 1. 5 0. 085 - 0. 156 1
M f - 0. 374* * 0. 268 - 0. 131 1
W T - 0. 257 - 0. 130 0. 343* * - 0. 152 1
H - 0. 390* * - 0. 277 0. 100 0. 096 0. 548* * 1

0. 125 0. 199 0. 204 0. 036 0. 056 - 0. 683* * 1
P - 0. 228 - 0. 260 - 0. 159 0. 127 - 0. 090 0. 762* * - 0. 878* * 1
I - 0. 067 - 0. 168 0. 815* * - 0. 180 0. 793* * 0. 344* * 0. 185 - 0. 192 1
R 0. 293* - 0. 369* * 0. 723* * - 0. 175 0. 311* 0. 088 0. 335* * - 0. 313* 0. 246 1
*
< 0
01. * *
< 0
01.下同T he same below.
7475 期


















郭
平等: 草地火行为研究









表 3
头火速度、火强度与各个因子的相关系数(降水后)
Table 3 Correlation coefficients between head fire speed, fire intensity and factors( after precipitation)
T RH U 1. 5 M f WT H
P W A
R 0. 705* * - 0. 076 0. 816* * - 0. 201 0. 220 - 0. 025 - 0. 025 - 0. 234 0. 115
I 0. 703* * - 0. 040 0. 801* * 0. 190 0. 677* * 0. 221 - 0. 028 - 0. 251 0. 243
3
2
火强度
晴天时, 风速是影响草地火强度 I 的最显著因
子,两者呈显著正相关;可燃物总量是影响火强度的第
2个显著因子,两者呈正相关; 可燃物床高度是影响火
强度的第 3个显著因子, 两者呈正相关;其它因子对火
强度的影响效果不显著(表 2) .采用逐步回归方法,建
立了晴天时火强度 I ( kw
m- 1)与风速 U1. 5( m
s- 1)、
可燃物总量 WT ( g
m- 2)的回归方程:
I = - 2911+ 785U1. 5+ 22. 5WT
( R
2
= 0. 963,
< 0. 001) (4)
降水后,风速仍是影响草地火强度的最显著因子,
两者呈显著正相关; 大气温度是影响火强度的第 2个
重要因子,两者呈正相关;可燃物总量对火强度影响也
很大,两者呈正相关.大气相对湿度、可燃物含水率、可
燃物床高度、可燃物床体积密度和可燃物床孔隙度对
火强度的影响不显著(表 3) .


采用逐步回归方法,建立了降水后火强度 I 与风
速 U1. 5、可燃物总量 WT 的回归方程:
I = - 4483+ 763U1. 5+ 33. 1WT
( R
2
= 0. 892,
< 0. 001) (5)
由方程( 4)、( 5)得到晴天和降水后两种天气下的
草地火强度 I 预测模型:
I = - 3251+ 755U1. 5+ 25. 6WT
( R
2
= 0. 933,
< 0. 001) (6)
3
3
火烈度
气象因子、可燃物含水率、可燃物床特性等指标对
火烈度 S 的影响效果均不显著(表 4) .
3
4
火形态
表 4
火烈度、火形态、椭圆形状系数与各个变量的相关系数(晴天时)
Table 4 Correlation coefficients between fire scorch, fire shape, el lipse shape and variables( in sunny days)
T RH U 1.5 M f W T H
P
S - 0. 219 0. 251 0. 090 0. 086 0. 107 0. 158 - 0. 070 - 0. 038
H f 0. 039 - 0. 025 0. 311* * - 0. 180 0. 376* * 0. 324* * - 0. 186 0. 125
L f 0. 072 - 0. 042 0. 187 - 0. 250* 0. 445* * 0. 423* * - 0. 252* 0. 186
D f 0. 110 0. 286* * 0. 638* * 0. 045 0. 309* * 0. 013 0. 058 - 0. 182
- 0. 256 0. 214 0. 643* * 0. 046 0. 050 - 0. 125 0. 298 - 0. 287


可燃物总量对火形态 (火高 H f、火长 L f 和火深
D f )有显著影响,呈正相关;可燃物床高度与火高、火长
分别呈显著正相关; 火高、火深都与风速呈显著正相
关,其中火深受风速影响更加明显; 可燃物含水率、可
燃物床体积密度与火焰长度呈负相关(表 4) .可见,可
燃物床特性是影响草地火形态的主要因素.
3
5
火烧迹地形状
风速是影响火烧迹地形状的最显著因子,两者呈
正相关;其它因子的影响效果不显著(表 4) .
采用逐步回归方法建立了火烧迹地形状
与风
速 U1. 5的回归方程:

= 1. 57+ 0. 260U1. 5
( R
2
= 0. 641,
< 0. 001) (7)
4
结

语
在气象因子、可燃物、可燃物床特性中, 风速是影
响草地头火速度的最主要因子.其原因包括: 1)风速可
以影响燃烧系统的通氧量(两者呈正相关) , 进而促进
火扩展; 2)风速影响可燃物床的预热范围(两者呈正相
关) ; 3)风力可以将火焰带到前方, 增加火的传播速度;
4)风能增加可燃物的水分蒸发,降低可燃物的含水率,
促进燃烧.可燃物含水率对草地火速度影响很大, 但在
本实验中,影响并不显著,原因可能是可燃物含水率低
于 25. 0% [ 2] .本文建立的草地火行为预测模型将为草
地火管理及草地计划火烧提供理论依据. 这些模型是
否适用于其它生态系统还有待于进一步验证.
参考文献
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ture. J Nor theast Nor mal Univ ( Natural Scien ce Edit ion) (东北师范大
学学报(自然科学版) ) , ( 4) : 105~ 109( in Chinese)
作者简介
郭
平,女, 1972 年生,硕士, 讲师,主要从事草地生
态学研究,发表论文多篇. T el: 0431- 5166524
748 应
用
生
态
学
报


















12卷