全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:公益性行业(气象)科研专项(GYHY200706021);国家重点基础研究发展计划(2010CB951303)共同资助
收稿日期:2011鄄10鄄14; 摇 摇 修订日期:2012鄄04鄄24
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: gszhou@ ibcas. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110141517
胡天宇,周广胜,贾丙瑞.大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟.生态学报,2012,32(22):6984鄄6990.
Hu T Y, Zhou G S,Jia B R. Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):6984鄄6990.
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟
胡天宇1,3, 周广胜1,2,*, 贾丙瑞1
(1. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室, 北京摇 100093; 2. 中国气象科学研究院, 北京摇 100081;
3. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:随着森林防火预报精细化的需求,小时尺度可燃物湿度的准确模拟成为火险预报的关键。 利用 2010 年 8 月连续无降雨
天气条件下我国大兴安岭林区 10h时滞可燃物湿度和相应气象因子的半小时动态观测资料,从可燃物的失水和吸水过程对目
前广泛使用的 Fosberg模型和 Van Wagner模型进行评估,进而发展了准确模拟 10h时滞可燃物失水和吸水过程的可燃物湿度
模型。 结果表明:Fosberg模型对 10h时滞可燃物的失水过程模拟较好(R2 = 0. 96,P<0. 01),而 Van Wagner 模型对 10h 时滞可
燃物的吸水过程模拟较好(R2 =0. 83,P<0. 01),但均不能独立地准确模拟 10h 时滞可燃物的湿度变化。 通过分析可燃物失水
与吸水过程,考虑可燃物在静风条件下的水汽交换,优化了 Van Wagner 模型参数,建立了综合反映可燃物失水与吸水过程的
10h时滞可燃物湿度模型。 据比较,该模型可准确地模拟 10h时滞可燃物的湿度变化(R2 = 0. 88,P<0. 01),可为精细化火险预
报提供技术支撑。
关键词:10h时滞可燃物湿度; 平衡含水率; 可燃物湿度模型
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling
HU Tianyu1,3, ZHOU Guangsheng1,2,*,JIA Bingrui1
1 State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
2 Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China
3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Wildfire is a necessary disturbance for forest ecosystem忆s regeneration and succession, but frequent and large
fires threaten human life and activities. Forecasting forest fires is a useful method for fire disaster prevention and emergency
operation. The accurate simulation of moisture content of dead fuels is critical for forest fire danger forecast because it忆s
strongly related to the ignition and fire spread. Daxinganling provides many forestry productions to China but it was also one
of the highly fire鄄prone areas in China. Developing an accurate model for estimating hour scale dead fuel moisture content in
the Daxinganling is very necessary and important. A fire remote automatic weather station was settled in Huzhong National
Nature Reserve which is located in the Daxinganling larch forest to collect 10鄄hour time鄄lag fuel moisture content and
meteorological factors ( temperature, relative humidity and wind speed). The record frequency is half鄄hour per time. In this
research, Fosberg model and Van Wagner model were evaluated, since they were widely used in forest fire danger forecast
system and based on the equilibrium moisture content (EMC) that is easy to use. Desorption and absorption processes are
the key to simulate fuel moisture content. So, this research chooses continuous observation data during August 25—28,
2010 without any precipitation to validate these two processes. The results show that both Fosberg model and Van Wagner
model can simulate when desorption or absorption process begins, but all of them could not simulate well for whole process
independently. Fosberg model could give better simulation at desorption stage (R2 = 0. 96, P<0. 01), and Van Wagner
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model does better at absorption stage (R2 =0. 83, P<0. 01). Through analysis the potential actual variation of fuel moisture
content in the desorption and absorption process, the vapour exchange coefficient is nearly to be a constant in the desorption
which is coincide with Fosberg model忆s and the absorption忆s the vapour exchange coefficient seem to be variable which is
similar to the Van Wagner model忆s. Thus, a new hour scale fuel moisture model is developed considering the difference of
desorption and absorption processes: the desorption process based on Fosberg model with the Simard忆s EMC model and the
absorption process based on Van Wagner model with the Van Wagner忆s EMC model. The new model use the difference
between fuel moisture content and Van Wagner忆s absorption EMC to determine the vapor exchange process, and it could
give better simulation (R2 =0. 77, P<0. 01). But the absorption processes was underestimated in the calm weather, and
the modified model simulated better (R2 =0. 88, P<0. 01). This research could provide the technical supports for the forest
fire danger forecast in Daxinganling.
Key Words: 10鄄hour time鄄lag fuel moisture; equilibrium moisture content; fuel moisture model
林火作为森林生态系统的重要干扰因子,是森林演替更新不可缺少的重要因素,但近年来频发的林火已
经严重地影响了人类的生产生活。 为此,迫切需要开展林火的准确预测预报,以更好地服务于森林的经营管
理和灾害防治。
通常,林火发生需要 3 个条件:天气、火源和可燃物。 其中,可燃物湿度作为可燃物与气象因素的综合表
现,包含了大量林火发生的信息。 因此,准确模拟可燃物湿度的变化过程是火险预报的关键。
美国国家火险等级系统根据不同可燃物的失水速率差异,将死可燃物划分为 1、10、100、1000h 时滞[1],
10h时滞的可燃物对应了直径 0. 64—2. 5 cm 范围内的枝条。 时滞的含义是在温度为 27 益和相对湿度为
20%的条件下,可燃物失去初始含水量和平衡含水率差值的 1鄄e-1(63% )所需要的时间。 其中,1h和 10h时滞
可燃物主要决定了林火的蔓延速度,虽然 1h时滞可燃物在引燃和蔓延起着重要的作用,但是 10h时滞可燃物
湿度还用来估算 1h时滞可燃物湿度,同时 10h时滞可燃物对林火的蔓延和能量估算有着重要的作用。 因此,
准确估算 10h时滞可燃物是确保火险预报准确性的关键。
20 世纪以来,国内外科学家发展了一系列可燃物湿度模拟模型[2鄄12],并被用于火险预报系统和火行为模
型[13鄄14]。 随着森林防火需求的日益精细化,小时尺度的可燃物湿度模拟越来越受到重视。
可燃物湿度在空气中的变化主要由两个过程组成:失水过程和吸水过程。 准确判断和模拟这两个过程决
定了可燃物湿度的模拟效果。 Fosberg[5]和 Van Wagner[6]分别建立了小时尺度和天尺度的可燃物湿度模型,
天尺度的可燃物适度模型重点关注一天中最易发生林火的时间(当地时间 14:00 左右)的可燃物湿度,并被
分别用于美国国家火险等级系统和加拿大火险等级系统。 国内学者关于可燃物湿度模拟研究主要集中在日
尺度[15鄄19],但是这些研究都基于简单的回归方程。 Weise 等[20]在夏威夷验证了 Fosberg 模型对 1h 时滞可燃
物湿度的模拟效果,Carlson 等[21]利用俄克拉何马州的 1、10、100、1000h 时滞可燃物湿度观测资料验证了
Fosberg模型的模拟效果(时间尺度为 15min 和 1h),但是验证数据只有早上和中午两个时间点的数据,不能
完全代表 Fosberg模型对小时尺度的模拟效果。 关于 Van Wagner 模型的验证研究仍未见报道。 由于缺乏野
外观测资料,在小时尺度上关于这两个模型对失水和吸水过程的验证还很少,制约着可燃物湿度的准确模拟,
影响着森林火险的准确预测预报。
本研究试图利用中国东北地区大兴安岭林区 10h时滞可燃物湿度的半小时动态观测资料及其相关气象
要素资料,从可燃物的失水和吸水过程对目前广泛使用的 Fosberg 模型和 Van Wagner 模型进行评估,分析可
燃物的失水与吸水过程控制机制,进而建立可综合反映可燃物失水与吸水过程的 10h 时滞可燃物湿度模型,
服务于林火的预测预报。
1摇 研究资料与方法
1. 1摇 资料来源
摇 摇 我国东北地区的大兴安岭林区是我国林火高危区域。 本研究地点选在中国北方林森林生态系统定位研
5896摇 22 期 摇 摇 摇 胡天宇摇 等:大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 摇
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究站。 该站位于黑龙江大兴安岭呼中自然保护区,即我国最大的寒温带针叶林生态系统自然保护区(123毅01忆
04义 E,51毅 46忆52义 N,海拔 773 m)。 该区属大陆性季风气候,年均气温 4. 7 益,年际平均气温变动在 2. 1—5. 3
益。 地貌类型为大兴安岭北部石质中低山山地,地势平缓, 坡度在 15毅以下。 棕色针叶林土是该区最具有代
表性的土壤类型。 地带性植被类型为寒温性针叶林,以兴安落叶松(Larix gmelinii)为单优势树种,并混有少
量白桦(Betula platyphylla)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica),林下灌木主要有杜香(Ledum palustre)、
越桔(Vaccinium vitis鄄idaea)、兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)和东北赤杨(Alnus mandshurica)等,草本主要
有小叶章(Deyeuxia angustifolia)和苔草(Carex appendiculata)等。
在研究站固定样地安装有 RAWS鄄F远程自动防火气象站,观测内容包括 2 m空气温度、2 m空气湿度、降
雨量、风向、风速和 10h时滞可燃物湿度,观测频率为半小时 1 次。 观测时间从 2010 年 6 月 29 日至 2010 年 9
月 17 日,其中可燃物湿度和降雨量都有 3 个重复观测。 10h 时滞可燃物含水量利用 CS505 可燃物含水量传
感器来观测:CS505 可燃物含水量传感器通过使用时域反射技术(TDR)观测西黄松榫钉(材料西黄松;直径
1. 3 cm;长度 21. 3 cm;重量 45 g)的含水量,得到的观测值代表 10h时滞可燃物的含水量。
1. 2摇 模拟模型
Fosberg模型和 Van Wagner模型均是以平衡含水率为基础发展起来的。 平衡含水率(EMC)指可燃物在
某一环境条件下最终达到水汽交换平衡时的湿度大小。 平衡含水率一般是相对湿度和温度的函数[22]。 基于
平衡含水率的可燃物湿度模型可表示如下:
FMn = FMn-1 + D(EMCn - FMn-1) (1)
式中,FMn 是 n时刻的可燃物湿度;FMn-1:是 n-1 时刻的可燃物湿度;D 是扩散系数;EMCn 是 n 时刻的平衡
含水率。 Fosberg[5]提出了基于扩散原理的可燃物湿度估算方法:
FMn = FMn-1 + (EMCn - FMn-1)(1 - 灼e
-姿t) (2)
式中,姿为可燃物时滞的倒数;灼为可燃物相似系数;t为水汽交换过程的持续时间。
Van Wagner[6]发展的可燃物湿度模型为:
FMn = EMCn + (FMn-1 - EMCn)e
-k琢t (3)
k琢 = (0. 0565(1 - 浊1. 7) + 0. 0176u0. 5(1 - 浊8))e0. 0365T (4)
式中,参数 浊在可燃物处于失水过程时为 H / 100,在吸水过程时为(1-H / 100),T 为温度(益),H 为相对湿度
(% )。 Van Wagner[14]认为,在某一环境条件下,可燃物失水达到平衡含水率时的湿度会略不同于在可燃物吸
水达到平衡含水率时的湿度,差异约为 2% 。 因此,Van Wagner 模型的平衡含水率为失水平衡含水率和吸水
平衡含水率;而 Fosberg 模型认为可燃物湿度到达平衡时只有一个平衡含水率,并采用 Simard 的平衡含水率
模型进行计算[23]。
1. 3摇 可燃物湿度模拟
本研究可燃物湿度观测时间(6 月 29 日至 9 月 17 日)为大兴安岭林区的生长期,森林郁闭度高、林下受
太阳辐射影响较少。 模型的空气温度与湿度为 2 m处的空气温度和湿度。 可燃物湿度的变化主要受降雨和
空气温湿度影响,本研究的目的主要是研究由空气温湿度引起的可燃物湿度变化。 为避免降雨对可燃物湿度
的影响,特选取观测时段内连续 4d无降雨(2010 年 8 月 25 日— 2010 年 8 月 28 日)的气象数据为模型输入
数据,并根据观测数据中可燃物的湿度变化将这 4d无降雨数据按失水过程和吸水过程分别验证模型的模拟
效果。
2摇 研究结果
2. 1摇 气象条件
观测时段间内连续 4d无降雨的验证期内,气象条件较为一致(图 1,X轴以 2010 年 8 月 25 日 00:00 为起
点,观测间隔为半小时总共 192 个观测值)。 空气平均温度呈弱上升趋势,昼夜温差大,白天最高气温为 25
益,夜间最低气温为 0 益;相对湿度夜间为 95%左右,白天在 30%左右;白天有微风,夜间到凌晨几乎无风。
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可燃物的失水过程一般发生在白天,而吸水过程从傍晚持续到清晨。
图 1摇 2010 年观测时段间内连续 4d无降雨验证期的气象条件
Fig. 1摇 Meteorological conditions of four continuous free rainfall days during the observation in 2010
2. 2摇 10h时滞可燃物湿度的水汽交换过程模拟
Fosberg模型和 Van Wagner模型对 10h时滞可燃物失水过程和吸水过程的模拟效果不同。 Fosberg 模型
能够很好地模拟 10h时滞可燃物在失水过程中的湿度变化(R2 =0. 96,P<0. 01),但过高地估计了吸水过程中
10h时滞的可燃物湿度(R2 =0. 64,P<0. 01);Van Wagner模型对吸水过程中 10h 时滞的可燃物湿度的模拟效
果(R2 =0. 83,P<0. 01)优于 Fosberg 模型,但对失水过程中 10h 时滞可燃物湿度的模拟效果(R2 = 0. 60,P<
0郾 01)不如 Fosberg模型。 因此,这两个模型均不能很好地模拟无降雨条件下 10h 时滞的可燃物湿度(图 2—
图 3),但两个模型均对吸水过程和失水过程的切换点模拟较好(图 3)。
图 2摇 Fosberg模型和 Van Wagner模型对 10h时滞可燃物湿度的模拟
Fig. 2摇 Simulation of 10hr time鄄lag fuel moisture using Fosberg model and Van Wagner model
7896摇 22 期 摇 摇 摇 胡天宇摇 等:大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 摇
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图 3摇 2010 年 8 月 25— 28 日 10h时滞可燃物湿度的模拟
Fig. 3摇 Simulation of fuel moisture during 25—28 August 2010
3摇 分析与讨论
3. 1摇 吸水和失水过程中的水汽交换速率
摇 摇 可燃物湿度变化包括两个过程:失水过程和吸水过程。 准确判断和模拟这两个过程是准确模拟可燃物湿
度的关键。 基于平衡含水率的可燃物湿度模型通过当前可燃物湿度与平衡含水率之间的差值确定失水过程
和吸水过程。 当可燃物湿度大于平衡含水率时,可燃物中的水分向外部扩散,即失水过程;反之,可燃物从空
气中吸收水分,即吸水过程。 Fosberg模型和 Van Wagner模型都能较好地判断吸水过程和失水过程的起始和
终止(图 3),表明平衡含水率理论能够很好地用于模拟可燃物湿度。 因此,Fosberg模型和 Van Wagner模型对
10h时滞可燃物湿度的模拟不准确主要是对吸水过程和失水过程中的水汽交换描述不准确造成。
由式(2)可见,灼和 姿都是与可燃物相关的参数,与外界气象因子无关。 所以,Fosberg 模型的吸水过程和
失水过程具有相同的水汽交换系数(D),即实际变化量 /潜在变化量是一个定值,并且该系数只与可燃物性质
有关,与外界气象因子无关。 由式(4)可见,k 是一个与气象因子相关的函数。 Van Wagner 模型描述的吸水
过程和失水过程除具有不同的平衡含水率外,在失水过程和吸水过程中采用的水汽交换系数也不相同,且水
汽交换系数(D)受当前环境中的空气温度、湿度及风速的影响。 尽管如此,从模拟结果看(图 3), Van Wagner
模型仍不能很好地模拟可燃物湿度的变化。 由式(1)可知,水汽交换过程中的交换系数(D)可用 FMn -
FMn-1 / (EMCn-FMn-1)表示,式中只有 EMC是非观测量。 因此,可以近似地将由此得到的水汽交换系数作为
真值。 由图 4 可见,水汽交换系数在整个湿度变化过程中并不是一个定值,在失水过程中的水汽交换系数可
近似看做一个定值,而在吸水过程中水汽交换系数却不是一个定值。 因此,准确地模拟可燃物的湿度变化需
要将可燃物的吸水过程和失水过程分开描述。
决定可燃物失水过程与吸水过程中水汽交换速率不一致的因素是什么呢? 分析失水过程和吸水过程中
可燃物与空气间的水汽交换过程和可燃物的环境条件发现,水汽交换过程和环境的差异是导致水汽交换速率
不一致的主要原因。 当可燃物处于失水过程时,水分子从可燃物内部逐步往外扩散,可燃物内部的水汽传递
是限制水分子扩散的主要因素,但是水分子向外扩散的过程并不受影响;在吸水过程中,由于可燃物内部水汽
传递较慢,导致可燃物表面的湿度较高,与外界的水汽浓度差减小,因此可燃物表面吸收水分的速率降低,导
致可燃物失水过程与吸水过程的水汽交换速率不同。 同时,分子扩散运动还受温度影响,温度越高,分子扩散
速度越快。 可燃物发生失水过程时都在 9:00 到 17:00,这段时间温度较高,可燃物中的水汽扩散速率较高,
而吸水过程通常发生在傍晚至清晨,这段时间内的温度都较低,可燃物中的水汽扩散速率较低。
8896 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 4摇 可燃物湿度实际变化量与潜在变化量的关系
摇 Fig. 4 摇 Relationship between actual and potential variation of
fuel moisture
3. 2摇 可燃物湿度模拟的优化
综上分析,准确地模拟可燃物的湿度变化需要分别
对可燃物的吸水过程和失水过程进行模拟。 根据
Fosberg模型和 Van Wagner 模型对失水过程和吸水过
程中水汽变化描述的优势,采用 Fosberg 模型模拟失水
过程的可燃物湿度变化,采用 Van Wagner 模型模拟吸
水过程中的可燃物湿度变化,同时利用 Van Wagner 模
型中平衡含水率与当前可燃物湿度之差来判断失水过
程和吸水过程,采用两个模型模拟时所用的平衡含水
率。 结果表明,该模型能够显著地提高可燃物湿度模拟
的准确性(R2 =0. 77),但仍低估了吸水过程中的可燃物
湿度(图 5),这种低估通常发生在 20:00 点以后,此时
空气的相对湿度几乎保持在 95%左右(图 1)且为静
风。 Van Wagner[6]指出,如果风速数据缺失可按照白天
10—12 km / h和晚上 4—6 km / h的风速作为输入,或者采用 Van Wagner[6]给出的每天风速趋势作为输入,进
行可燃物湿度的模拟。 然而,该研究时段为静风,如果按照 Van Wagner[6]给出的弥补方法进行可燃物湿度模
拟,则风速均大于零。 虽然 Van Wagner[6]认为除降雨后的一段时间外,风速对可燃物湿度的影响不大,但在
风速数据缺失后仍按一定的风速来处理,表明如果风速为零将造成模拟可燃物湿度的低估。
图 5摇 所建模型对 2010 年 8 月 25— 28 日 10h时滞可燃物湿度的模拟
Fig. 5摇 Simulation of fuel moisture during 25—28, August 2010 using the modified model
为反映风速变化对可燃物湿度的影响,分析两个模型的 K琢 发现,当风速为 0 时,由气象因子估算的 K琢
低于由观测值反算得到的 K琢,低估达 30%—40% 。 分析估算公式发现,当风速为 0 时,式 ( 4 ) 的
0郾 0176u0. 5(1 - 浊8)e0. 0365T 为 0。 因此,Van Wagner 模型没有很好地模拟可燃物在静风条件下的水汽交换。
0郾 0176u0. 5(1 - 浊8)e0. 0365T 应该 0. 0176(a + u0. 5)(1 - 浊8)e0. 0365T ,修改后的模型能很好地解释静风和有风对可
燃物湿度的影响。 为此,引入 (K琢1 - K琢2) / (0. 0176(1 - 浊8)e0. 0365T 来反映静风影响。 分析表明,a在 0. 197—
6. 23,在此取其集合的平均值 1. 62依0. 13。 据此,式(4)可改写为:
K琢 = (0. 0565(1 - 浊1. 7) + 0. 0176(1. 62 + u0. 5)(1 - 浊8))e0. 0365T (5)
9896摇 22 期 摇 摇 摇 胡天宇摇 等:大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 摇
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采用优化参数模型能够更好地模拟可燃物湿度的变化(R2 = 0. 88),在一定程度上降低了耦合模型的低
估,为可燃物湿度模拟提供更好的支持。
4摇 结论
可燃物湿度是森林火险预报和火行为预测的重要输入因子之一,准确模拟小时尺度的可燃物湿度是精细
化防火预报预测的要求。 本研究利用中国大兴安岭呼中保护区收集的气象数据和可燃物湿度数据,从可燃物
湿度变化的失水和吸水过程评估了半小时尺度的 Fosberg模型和 Van Wagner模型的模拟效果,发现两个模型
均不能独立地很好地在半小时尺度上模拟可燃物湿度的变化。 在此基础上,通过耦合两个模型的失水和吸水
过程,通过考虑可燃物在静风条件下的水汽交换优化 Van Wagner 模型参数,建立了一个新的可燃物湿度模
型。 结果表明,该模型能够更好地模拟可燃物湿度的变化,可为精细化的火险预报模型提供参考。
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0996 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
…
……………………………………………………………………………………………
Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
…………………
…………………………………………………………………
Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
……………………………
………………………………………………………………………
The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
…………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
………………………
……………………………………………………………………………………
Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
…………………
………………………………………………………………………………
Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
………………………
……………………………………………………………………………………
A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
………………
………………………………………………………………………………
Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
……………
………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 22 (November, 2012)
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