滇油杉林下死可燃物含水率与温湿度关系模型研究

张蒙蒙，杨凯悦，周汝良

(西南林业大学，云南昆明 650224)



滇油杉林下死可燃物含水率与温湿度关系模型研究

张蒙蒙，杨凯悦，周汝良*

(西南林业大学，云南昆明 650224)

[目的]研究滇油杉林下死可燃物含水率与温湿度关系模型。[方法]以滇油杉林下三类死可燃物为研究对象，借助于恒温恒湿箱对不同温湿度组合下的含水率进行测定，并研究三类死可燃物含水率与温度、湿度、温湿度的关系。[结果]在相同湿度条件下，死可燃物含水率随温度的升高而降低，但在不同的湿度下具有不同的变化规律；在相同温度条件下，死可燃物含水率随相对湿度的增大而增大，但在不同的温度下具有不同的变化规律；温湿度共同作用影响死可燃物的含水率，且不同的死可燃物有不同变化规律。[结论] 可燃物含水率是受多种因素影响。滇油杉林下三类死可燃物含水率从小到大依次为粗大死可燃物、腐殖质、细小死可燃物。

滇油杉；死可燃物；含水率；温度；相对湿度

滇油杉为滇中高火险区的主要易燃树种，其针叶细、油脂高、凋落物难以分解、凋落物密实性差。森林火灾的发生主要取决于可燃物含水率，而可燃物含水率与当地的气象要素又有着密切的关系[1]。国外于20世纪20年代就开始了对森林可燃物含水率的研究工作，至今己经有90余年的研究历史，而我国的森林可燃物含水率研究起步较晚[2]，虽发展较快，但与国外相比较很多理论还不够成熟。目前，比较常用的可燃物含水率预测方法有气象要素回归法、遥感估测法、过程模型法和平衡含水率法[3]等，其中结合平衡含水率和气象要素回归法的半物理半经验模型取得了较好的预测效果[4]。笔者以滇油杉林下三类可燃物为研究对象，借助于恒温恒湿箱对不同温湿度组合下的死可燃物含水率进行测定，研究三类死可燃物含水率与温湿度的关系。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

滇中地区位于100°43′～ 104°50′ E，23°19′～ 27°03′ N，包括昆明、曲靖、玉溪和楚雄 4个州(市)的 42 个县(区、市)，总面积达 943 万 hm2。该地区因特定的社情、林情和地理、气候、植被类型而成为云南省森林火灾的高发区和敏感区[5]。

1.2 试验样品采集

野外采集滇油杉林下死可燃物，按照其大小分为三类：地面粗大死可燃物(在林地内直径大于7 cm的死地被物)、细小死可燃物(在林地内直径小于7 cm的死的，处于未分解状态的地被物)、腐殖质(位于细小可燃物下层的，处于分解及半分解状态的地被物[6])。

1.3 可燃物含水率的测定

(1)将野外采集到的滇油杉林下死可燃物按大小分为三类，每类均匀混合后，各取150 g放入105 ℃的电热鼓风干燥箱中，连续烘干至恒重，用电子天平分别称重，记录每个试验样品干重。

(2)将滇油杉林下三类死可燃物放入恒温恒湿培养箱中，将培养箱温度分别设置为15、20、25、30和35 ℃，湿度分别设置为50%、60%、70%和80%，温湿度两两组合，共计20组。每隔60 min变换温湿度组合并称取各组合下可燃物的质量，记录试验数据。

(3)将上述测得的所有数据输入到计算机中，计算可燃物含水率。可燃物含水率=(湿重-干重)/干重×100%。

1.4 数据分析

1.4.1 温度对死可燃物含水率的影响。将滇油杉林下三类死可燃物在相同湿度、不同温度条件下含水率的变化数据输入到Excel表格中，运用绘图功能绘制含水率在相同湿度条件下，随温度的变化曲线，从中初步分析温度对含水率的影响。通过SPSS20.0统计软件中的曲线估计功能对数据不同的函数形式进行拟合，取效果最好的作为最后分析的形式，进行回归分析，确定温度对可燃物含水率的影响。

1.4.2 湿度对可燃物含水率的影响。将滇油杉林下三类可燃物在相同温度、不同湿度条件下含水率的变化数据输入到Excel表格中，运用绘图功能绘制含水率在相同温度条件下，随湿度的变化曲线，从中初步分析湿度对含水率的影响。通过SPSS20.0统计软件中的曲线估计功能对数据不同的函数形式进行拟合，取效果最好的作为最后分析的形式，进行回归分析，确定湿度对可燃物含水率的影响。

1.4.3 温湿度对可燃物含水率的影响。将滇油杉林下三类可燃物在不同温湿度组合下含水率的变化数据输入到SPSS 20.0软件中，通过绘制散点图，观察各变量间的关系，通过SPSS20.0统计软件中的回归分析功能对数据不同的函数形式进行拟合，取效果最好的作为最后分析的形式，进行回归分析，确定温湿度对可燃物含水率的影响。

2 结果与分析

2.1 温度对滇油杉林下可燃物含水率的影响

由图1可以看出，在相同湿度下，三类可燃物含水率均随温度的升高而降低，但在不同的湿度下具有不同的变化规律：相对湿度为80%，死可燃物含水率最大，用一元线性回归即能得到较好的模拟结果，曲线的整体变化趋势比较平缓；相对湿度为70%时，曲线整体的斜率与80%时相同，但其在20～25 ℃时有一个快速降低的过程，表明滇油杉林下三类死可燃物在相对湿度为70%、温度为20～25 ℃条件下对温度的变化较为敏感；相对湿度为50%时，死可燃物含水率最低。根据对数据的分析可知，一次、二次函数即能说明温度对死可燃物含水率的影响，故死可燃物含水率随温度变化的方程形式为：

y=b0x2+b1x+c

(1)

式中：y为死可燃物含水率；x为温度(℃)；b0、b1、c为回归系数。

滇油杉林下死可燃物含水率随温度变化的R2以及回归系数如表1所示。

2.2 湿度对滇油杉林下死可燃物含水率的影响

由图2可以看出，在相同温度下，随相对湿度的增大死可燃物含水率增大，但在不同的温度下具有不同的变化规律：温度为15 ℃时，死可燃物含水率最大，变化趋势相对简单，用一元线性回归即能得到较好的模拟结果；温度为20 ℃时，死可燃物含水率与15 ℃相差不大，其变化函数呈现出简单的一元线性形式；温度为25 ℃和30 ℃时，含水率最接近；温度为35 ℃时，

表1 滇油杉林下死可燃物含水率随温度的变化函数类型、R2以及回归系数

分类相对湿度∥%R2函数类型回归系数b0b1c粗大死可500.935一次0-0.00140.1221燃物600.930一次0-0.00140.1275700.910二次6.12E-05-0.00450.1702800.943二次4.08E-05-0.00300.1556细小死可500.973一次0-0.00090.1723燃物600.973一次0-0.00090.1762700.938一次0-0.00120.1904800.918二次1.10E-05-0.00090.1882腐殖质500.925一次0-0.00100.1407600.947一次0-0.00090.1414700.926一次0-0.00140.1629800.973一次0-0.00090.1579

含水率最小，但是其对相对湿度的变化较为敏感。根据对数据的分析可知，一次、二次函数即能说明湿度对死可燃物含水率的影响，故死可燃物含水率随湿度变化的方程形式为：

y=b0x2+b1x+c

(2)

式中：y为死可燃物含水率；x为相对湿度(%)；b0、b1、c为回归系数。

滇油杉林下死可燃物含水率随相对湿度变化的R2以及回归系数如表2所示。

表2 滇油杉林下死可燃物含水率随相对湿度的变化函数类型、R2以及回归系数

分类温度℃R2函数类型回归系数b0b1c粗大死可150.980一次00.00600.0704燃物200.980一次00.00060.0668250.963一次00.00070.0479300.986二次1.79E-05-0.00170.1254350.994一次00.00090.0254细小死可150.953一次00.00070.1223燃物200.953一次00.00070.0119250.998二次2.88E-05-0.00290.2175300.952一次00.00080.1058350.995二次3.85E-05-0.00400.2427腐殖质150.931一次00.00080.0846200.953一次00.00060.0886250.978二次2.68E-05-0.00280.1880300.986二次1.79E-05-0.00170.1575350.969二次1.79E-05-0.00150.1364

2.3 温湿度对滇油杉林下死可燃物含水率的影响

运用SPSS20.0软件的回归分析功能，模拟温湿度对滇油杉林下三类死可燃物含水率的影响函数(表3)。

表3 滇油杉林下三类可燃物与温湿度关系模型

注：x1为相对湿度(%)；x2为温度(℃)；R2为模型的决定系数，表示因变量y的总变异中可由回归模型中自变量解释的部分所占的比例；F为离差平方和均值与残差平方和均值的商。**表示在0.05水平上显著。

3 结论与讨论

在野外采集滇油杉林下三类死可燃物时，同时采取了阴坡、阳坡、半阴坡、半阳坡的样本数据，混合均匀后取150 g样品作为研究，但因条件限制，所采数据没有覆盖整个滇中地区。实际情况下，可燃物含水率是受多种因素影响，如风速、光照、降雨等，而该文仅选取了温湿度作为研究。对于滇油杉林下三类死可燃物而言，其含水率从小到大依次为粗大死可燃物、腐殖质、细小死可燃物。不同的可燃物对温湿度具有不同的变化规律，不能一概而论。

[1] 居恩德，陈贵荣，王瑞君.可燃物含水率与气象要素相关性的研究[J].森林防火，1993，36(1)：17-21.

[2] 马丽芳.森林地表可燃物含水率预测研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2011.

[3] 贾鹏超.可燃物含水率预测模型的改进[D].哈尔滨：东北林业大学，2013.

[4] 李小双，赵安娜，党承林，等.昆明西山云南油杉针阔混交林的群落结构及其更新特征研究[J].云南大学学报，2013，35(4)：549-557.

[5] 徐艾华，赵春梅，梁玛玉，等.滇中地区建设森林航空消防直升机场的必要性及可行性分析[J].林业调查规划，2014，39(1)：65-67.

[6] 舒立福，周汝良.森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术[M].昆明：云南科技出版社，2012.

Relational Model among Dead Combustible Moisture Content，Temperature and Humidity underKeteleeriaevelynianaForest

ZHANG Meng-meng，YANG Kai-yue, ZHOU Ru-liang*

(Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224)

[Objective] Relational model among dead combustible moisture content，temperature and humidity underKeteleeriaevelynianaforest was studied.[Method] This paper took three kinds ofKeteleeriaevelynianaforest dead combustible as the research objects, with the help of constant temperature constant wet box to measure the moisture content in different combinations of temperature and humidity, and studied the relationship among moisture contents of three kinds of dead combustible, temperature and humidity. [Result] The results showed that the moisture content of dead combustible decreased with the increase of temperature under the same humidity condition, but has different change law under different humidity. In the same temperature, the moisture content increased with the increase of relative humidity, but has different change law under different humidity, the interaction of temperature and humidity could affect the moisture content of dead combustible, and different kinds of combustible have different rules. [Conclusion] Moisture content of dead combustible is influenced by many factors. Three kinds of dead combustible moisture content from small to large order is: thick dead combustible，humus，small dead combustible.

Keteleeriaevelyniana; Dead combustible; Moisture content; Temperature；Relative humidity

国家林业公益性行业科研专项重大项目课题(201404402-2)。

张蒙蒙(1990- )，女，河南汝州人，硕士研究生，从事地理信息系统应用研究。*通讯作者，教授，从事森林火灾、森林病虫害的监测预警与信息化管理研究。

2015-11-20

S 762.3+2

A

0517-6611(2015)35-238-03