资源描述：
《异质森林火灾模型及火灾扑救对森林生态系统的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷第2期火灾科学Vol.13,No.22004年4月FIRESAFETYSCIENCEApr.2004文章编号:1004-5309(2004)02-0069-05异质森林火灾模型及火灾扑救对森林生态系统的影响1,211刘广义,宋卫国,于彦飞(1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;2.浙江大学热能工程研究所,杭州)摘要:森林火灾元胞自动机模型是研究自组织临界慢而均匀的;能量的耗散相对于能量的注入来说是性的经典模型之一。这一模型中森林用一个二维网瞬时的、“雪崩式”的,但发生的次数相对比较少。当格来表示
2、,其中每个格点代表一棵树或代表空地,各系统达到稳定状态时,能量耗散事件的强度或尺度节点的树具有相同的生长概率和着火概率,以一定分布符合幂律关系,即“频率-强度”或“频率-尺的规则进行演化。这一模型没有考虑树木间的差度”分布满足幂律关系。研究的比较多的此类模型[3]别,因而是同质的。我们考虑到不同树木间由种类、有:沙堆模型、滑块模型和森林火灾模型等。[3]树龄等原因引起的生长概率与着火概率的不同,改经典的森林火灾模型由Drossel等人提出,它进了经典森林火灾模型,提出了一个异质森林火灾是一个随机元胞自动机模型。模型用一个二维网
3、格模型,并研究了这一模型的自组织临界性。在新模表示森林,其中每个点可以为0或1,取0时表示空型的基础上,研究了火灾扑救对森林群落分布的影地,取1时表示一棵树。树木具有相同的生长概率响,给出了模拟结果,该结果与实际的观测结果得到与着火概率。模型以一定的规则演化,模拟树木生符合。该文的研究可望对森林火灾预测及研究火灾长、火灾发生及火灾蔓延等过程,具有森林火灾系统扑救对森林生态系统的影响具有一定的意义。的基本性质。当达到自组织临界状态时,模型模拟关键词:森林火灾模型;自组织临界性;森林生态系达到的森林火灾的“频率-面积”分布是一个有
4、重尾统;树种的幂律分布。这一模型的模拟结果与真实的森林火[4,5]中图分类号:TK121文献标识码:A灾数据得到了较好的符合,引起了广泛的注意。对森林火灾模型的深入研究已经展开。Drossel0前言和Schwabl将树木抗火性引入到经典森林火灾模型自组织临界性的概念是由Bak等人提出[6]中,使得森林火灾的蔓延以概率的方式进行。Al-[1,2]的,具有这种性质的系统可以自发演化到临界bano对此类模型进行了分析和模拟,研究了树木的状态,而与系统的初始状态无关,也不需要参数满足防火性质对森林火灾密度、森林火灾分布等的影响。特定的
5、协调关系。自组织临界性可望解释自然界的宋卫国等人将森林火灾的外界影响因素包括气象条分形性质。自从这个概念提出以后,人们就展开了件、树种、人为扑救等归结为广义的树木抗火性,使对自组织临界性的研究。虽然自组织临界性的机理火灾发生和蔓延都以概率方式进行,研究了外界因还没有完全从理论上认识到,但是具有这种性质的素对森林火灾分布的影响,并改善了模型模拟结果[5]系统有一个共同的特征:系统能量的注入是持续、缓与真实数据的一致性。考虑树木大小的整数型收稿日期:2004-02-09;修改日期:2004-04-05基金项目:国家重点基础研究发展
6、规划(973)项目(2001CB409600);国家自然科学基金项目(50076041)资助70火灾科学FIRESAFETYSCIENCE第13卷第2期[8]模型进一步改进了模型的模拟结果。这些模型组织临界状态。设此时平均密度为ρ。每隔t个步长,2中树木的生长概率与着火概率等性质参数都是相同平均着火次数为tfρL,平均长出的树的数量为2的,没有考虑到树木间因树种等因素引起的生长概tp(1-ρ)L,因而火灾平均面积s为:率、着火概率等性质参数的差异,因而我们把这些模-1s=(f/p)(1-ρ)/ρ(1)型统称为同质森林火灾模型。
7、用N(s)表示有s棵树的树丛的个数。定义森林火灾是影响森林生态系统的重要因素。人矩:类对森林火灾对生态系统的影响的认识是随着时代∞nmn=∫sN(s)ds(2)的发展逐渐变化的。20世纪60年代以前,森林火1灾被看作森林生态系统的灾难而尽力扑救;这之后,则森林中树木的密度:∞人们逐渐发现了火灾扑救对森林生态系统的负面影ρ=m1=∫sN(s)ds(3)1响,如燃料的过度积累,树龄结构的趋同及物种多样-2由于ρ有限,由公式(3)可知,N(s)至少以s化的消失等。现在,森林火灾对森林生态系统的影衰减;由公式(1)N(s)衰减速率不比
8、幂律大。在系响正深入展开。Barton等人在对美国Arizona州的统未达临界状态的情况下,公式(1)要求s有一个上森林群落成份进行研究后发现,由于火灾扑救的影界smax。最终得到:响,这一地区的森林已由橡树-松树混交林变为橡-τ[9,10]N(s)∝sC(s/smax)(4
