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林火行为

森林可燃物点燃后,林火的发展和蔓延过程的特性。它包括林火的发生、发展、蔓延以至熄灭的整个过程。1959年美国出版代维斯(K.P.Davis)主编的《林火的控制和利用》一书中,由拜拉姆(G.M.Byram)执笔撰写了专门一章“林火行为”,明确地提出林火行为这一概念

森林可燃物点燃后,林火的发展和蔓延过程的特性。它包括林火的发生、发展、蔓延以至熄灭的整个过程。1959年美国出版代维斯(K.P.Davis)主编的《林火的控制和利用》一书中,由拜拉姆(G.M.Byram)执笔撰写了专门一章“林火行为”,明确地提出林火行为这一概念,并较为系统地论述了有关林火行为方面的研究成果。1960年莱费斯尼德尔(W.E.Reifsnyder)在第五届世界林业会议上所作的专题报告中,特别论述了大气状况对林火的发展和蔓延的影响。70年代在美国,把林火行为的构成以着火、蔓延速度、能量释放速度三个要素来表示。而在苏联,把林火行为或林火燃烧的外部特征以火焰高度、火线宽度、火蔓延速度三个要素来表示。

林火行为的特征和指标

通常把林火分成两类:低强度火(小火)和高强度火(大火)。低强度火(小火)的能量释放速度,大约为350~700千瓦/米以下。它的绝大部分能量仍然保留为热能状态,只有千分之几的热能转变为上升气流的动能或对流的动能;火焰高度通常约为1~1.5米以下;烟的颜色是淡灰色的,呈羽毛状或絮状烟团,在林冠或草地上面100~150米处随风飘动,在平原。25~30公里以外就能看到,在山地只有飞临上空才能发现。高强度火(大火)的能量释放速度,大约为350~700千瓦/米以上。它的能量有5%以上转变为动能,形成强大的上升气流或产生巨大的对流柱和火旋风(反时针旋转),使正在燃烧着的轻型可燃物被卷刮升空,借风力飘移到远处,这即是飞火。通常这类地表火的火焰高度约为1~1.5米,而树冠火的火焰高度可达16~50米。烟的颜色是暗灰色的,呈对流或环形烟柱。这类火的对流柱有时可扩及到7.5公里以上,火星喷射高度可达1.2公里,不论平原或山地,对流烟柱在120公里外都清楚可见。能量释放速度350~700千瓦/米的范围是属于过渡阶段,一般是低强度火(小火),有时是高强度火(大火)。

影响林火行为的天气因素

主要是大气状况影响林火的发展和蔓延,莱费斯尼德尔归纳为如下几点:①气候、季节、周期和周日的天气变化对可燃物的干湿程度发生影响。当可燃物已经点燃,火已经发生后,当时的大气状况对火的发展和蔓延发生主要影响。②在所有的气象因子中,近地面层风是对林火发展和蔓延影响最大的因子。风的动能对火蔓延有直接和间接的影响,直接的主要表现在可将热能传递给尚未燃烧的可燃物,而间接的主要表现在空中传播火星或正在燃烧着的可燃物。③风向和风速的垂直分布(风的廓线)的变化对大火的发生有极大影响。因对流柱的形成与风的廓线有关,历年来发生的多次破坏性大的森林火灾,其对流柱伸展6公里或更高,很难扑灭。在火场上空观测风的廓线,可以预测火的发展动向。④气温的垂直分布(气温廓线)及由其决定的大气稳定程度影响着风的廓线,同时也决定着火的发展。在典型的火灾天气时,气温的垂直梯度的周日变很大:在中午是超绝热温度梯度,大气不稳定,呈强湍流状态,近地面风速大,为阵风,地面与高空风向偏差为30°~40°;在夜间出现逆温层,大气稳定,呈弱湍流状态,地面风与高空风隔离,风速减小。扑火工作要利用气团的更替期。⑤气温呈稳定分布时,能将烟尘保持在近地面附近,这时水平能见度很差,妨碍地面作业。而在气温呈不稳定分布时,烟尘由于湍流加强而迅速向上空扩散,使垂直能见度变坏,妨碍飞机作业。

拜拉姆认为,大气状况特别是风的垂直分布(风的廓线)和气温的垂直分布(大气稳定程度)对火的发展起重要作用;风场的动能Pw和火线的热能Pf的关系决定火的发展性质。在火的发展初期,总是Pf小于Pw。当Pf接近Pw或大于Pw时,可以看做是“爆发火”,此时出现对流柱,也即低强度火能转变为高强度火。当Pf大于Pw时,火的强度转大,发展极为迅速。

研究林火行为的方法

通常采用三种:①观测法:即对在自然条件下发生的林火现象和过程,在不加控制或干预的情况下进行观测。这种方法可取得一定成效,但有局限性。因为各次林火现象和过程没有绝对相同的,甚至相类似的也极少。②实验法:人为地控制或干预林火现象和过程,排除干扰,突出主要因素,在有利的条件下研究林火行为特征和规律。③模拟法(相似法):即先设与自然条件下林火现象和过程(原型)相似的模型,然后通过林火行为模型来间接地研究林火行为原型的规律性。这种方法对于有些大面积的高强度火特别适用,因为这类高强度火范围大,各种因素互相交叉,难以进行直接实验。林火行为模型,由于目的和方法的不同,又可分为物理模型、图解模型和数学(或理论)模型。物理模型是反映低强度火(小火)和高强度火(大火)的早期蔓延阶段的情况;图解模型是一种可见的形象化的图式,适于防火指挥人员或训练防火人员使用;数学(或理论)模型一般根据影响林火行为的因子编制。70年代美国根据林火行为模型设计试制成专用的袖珍计算机,只要输入云量、空气温度、相对湿度、风速、坡度、1小时或10小时或100小时的时滞可燃物湿度、活可燃物湿度等数值,就可输出着火概率、火蔓延速度、火线强度、火焰长度等数据。使用这种林火行为的专用袖珍计算机,程序比一般图表法或公式法更能提高时效和精确度。这种计算机由于轻便、程序简单,对防火或扑火的实际业务工作者特别适用。

由于林火行为与林火预报、防火、扑火及用火等工作有着密切关系,因此这方面的研究在林火学科中占有特别重要的地位。其研究成果有助于迅速地改善或提高整个森林防火工作的效率,降低森林防火的费用。