【摘要】：森林地表凋落物含水率直接影響林火發(fā)生概率及被引燃后一系列火行為特征,含水率的動(dòng)態(tài)變化及預(yù)測(cè)模型研究是當(dāng)前林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究的核心內(nèi)容。凋落物含水率動(dòng)態(tài)變化主要受氣象因子的驅(qū)動(dòng),以小時(shí)為尺度預(yù)測(cè)含水率動(dòng)態(tài)變化能夠減小誤差,提高預(yù)測(cè)精度。綜合分析各種單獨(dú)氣象因子對(duì)林內(nèi)地表凋落物含水率動(dòng)態(tài)變化的影響,并以小時(shí)為步長(zhǎng)建立含水率預(yù)測(cè)模型,能夠?yàn)槲覈?guó)森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)提供方法和可用參數(shù),為建立高精度的地表凋落物含水率預(yù)測(cè)技術(shù)和新一代森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐技術(shù),具有重要意義。本研究選擇我國(guó)東北地區(qū)溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)中典型森林(蒙古櫟林和紅松林)進(jìn)行研究。以蒙古櫟和紅松地表凋落物為研究對(duì)象,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)造與野外結(jié)構(gòu)相似的不同密實(shí)度的凋落物床層,利用恒溫恒濕箱、風(fēng)扇和降雨模擬器模擬不同溫濕度、風(fēng)速和降雨條件下凋落物床層含水率變化情況,得到各類(lèi)單獨(dú)氣象要素對(duì)不同床層結(jié)構(gòu)含水率變化的影響,并建立相關(guān)參數(shù)預(yù)測(cè)模型。春季防火期內(nèi),在蒙古櫟和紅松林中選擇非破壞性采樣方法以小時(shí)為步長(zhǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)地表凋落物含水率7日,共獲取336組數(shù)據(jù)。分析含水率日動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)各氣象因子的響應(yīng)情況,選擇直接估計(jì)法(Nelson法和Simard法)和氣象要素回歸法以時(shí)為步長(zhǎng)建立兩種地表凋落物含水率預(yù)測(cè)模型,并計(jì)算模型誤差,分析模型精度。得到主要結(jié)果如下:(1)固定溫濕度條件下,蒙古櫟和紅松地表凋落物床層含水率隨時(shí)間呈指數(shù)下降。蒙古櫟床層平衡含水率均值為14.4%,范圍為2.1%～34.9%;紅松床層平衡含水率均值為11.9%,范圍為1.8%～32.7%。蒙古櫟闊葉床層的失水系數(shù)均值為0.104 h-1,范圍為0.021 h-1～0.292 h-1;紅松針葉床層的失水系數(shù)均值為0.106 h-1,范圍為0.015 h-1～0.325 h-1。蒙古櫟和紅松地表凋落物床層的平衡含水率均與空氣溫度和相對(duì)濕度顯著相關(guān),床層密實(shí)度對(duì)其沒(méi)有影響;兩種類(lèi)型的凋落物床層失水系數(shù)與空氣溫度、相對(duì)濕度及床層密實(shí)度都顯著相關(guān)。選擇Nelson和Simard平衡含水率模型對(duì)兩種凋落物床層平衡含水率進(jìn)行擬合,Simard法要明顯優(yōu)于Nelson法。以床層失水系數(shù)和相對(duì)濕度為分類(lèi)條件,建立了形如k-aebT的蒙古櫟和紅松床層失水系數(shù)預(yù)測(cè)模型,失水系數(shù)與空氣溫度呈指數(shù)形式變化。蒙古櫟床層失水系數(shù)預(yù)測(cè)模型的平均絕對(duì)誤差(MAE)范圍為0.003 h-1～0.03 h-1,平均相對(duì)誤差(MRE)范圍為3.85%～12.21%;紅松床層失水系數(shù)預(yù)測(cè)模型的MAE最小值為0.003 h-1,最大值為0.011 h-1,MRE范圍為3.09%～21.89%。(2)在固定風(fēng)速時(shí),蒙古櫟和紅松的凋落物床層含水率隨時(shí)間變化呈指數(shù)下降。床層含水率超過(guò)35%時(shí)水分急劇下降,此時(shí)水分散失主要以蒸發(fā)為主,當(dāng)床層含水率低于35%時(shí),含水率變化速率降低,此時(shí)水分變化主要以擴(kuò)散為主。從無(wú)風(fēng)變?yōu)橛酗L(fēng),兩種類(lèi)型的凋落物床層失水系數(shù)都倍增。蒙古櫟地表凋落物床層在不同密實(shí)度時(shí),床層失水系數(shù)變化范圍為0.325 h-1～1.646 h-1,隨風(fēng)速的增加先增大后減小,在3 m·s-1時(shí)達(dá)到最大,建立了形如k=aw2+bw+c的失水系數(shù)預(yù)測(cè)模型,床層密實(shí)度分別為0.0092、0.0138和0.0184時(shí)失水系數(shù)模型擬合的MAE分別為0.035 h-1、0.108 h-1、和0.085 h-1,MRE分別為3.6%、13.1%和14.9%;紅松床層在不同密實(shí)度時(shí)床層失水系數(shù)變化范圍為0.319 h-1～1.224 h-1,與風(fēng)速為正相關(guān)線性關(guān)系,建立了形如k=aw的失水系數(shù)預(yù)測(cè)方程,密實(shí)度分別為0.0158、0.0236和0.0315時(shí)失水系數(shù)模型擬合的MAE分別為0.079 h-1、0.104 h-1 和 0.096 h-1,MRE 分別為 13.6%、21.0%和 20.6%。(3)在降雨條件下,蒙古櫟和紅松的凋落物床層含水率隨時(shí)間變化呈對(duì)數(shù)增加。蒙古櫟床層更容易達(dá)到飽和,且飽和含水率高于紅松床層。蒙古櫟床層密實(shí)度為0.0092、0.0138和0.0184時(shí),達(dá)到飽和含水率時(shí)需要的最長(zhǎng)時(shí)間分別為0.89 h、1.00 h和1.72 h;紅松床層密實(shí)度為0.015、0.0236和0.0315時(shí),其達(dá)到飽和含水率需要最長(zhǎng)時(shí)間分別為1.06 h、1.28 h和2.06 h。蒙古櫟床層飽和時(shí)間和飽和含水率都受降雨量和床層密實(shí)度的影響,而紅松床層的飽和時(shí)間受降雨量、床層密實(shí)度和初始含水率的影響,床層飽和含水率與床層密實(shí)度和降雨量顯著相關(guān)。建立了形如T=aR+b和Ms=aR+b的兩種凋落物類(lèi)型飽和時(shí)間與飽和含水率預(yù)測(cè)模型。蒙古櫟床層密實(shí)度分別為0.0092、0.0138和0.0184時(shí),飽和時(shí)間預(yù)測(cè)模型的MAE分別為0.025 h、0.018 h和0.101 h,MRE分別為4.0%、2.4%及8.2%;飽和含水率預(yù)測(cè)模型擬合的MAE分別為12.9%、3.8%和3.8%,MRE分別為3.0%、1.1%和1.0%。紅松床層密實(shí)度分別為0.0158、0.0236和0.0315時(shí),飽和時(shí)間預(yù)測(cè)模型擬合的MAE分別為0.073 h、0.114 h和0.107 h,MRE為10.7%、14.6%和9.2%;飽和含水率預(yù)測(cè)模型擬合MAE分別為10.3%、10.5%和 33.9%,MRE 分別為 2.9%、3.0%和 11.9%。(4)空氣溫度和相對(duì)濕度具有穩(wěn)定日變化規(guī)律,凌晨溫度最低,然后開(kāi)始上升至14:00時(shí)下降;相對(duì)濕度變化正好與空氣溫度相反。風(fēng)速和降雨沒(méi)有穩(wěn)定日變化規(guī)律。蒙古櫟和紅松地表凋落物含水率具有強(qiáng)烈的日變化規(guī)律,兩種凋落物類(lèi)型變化規(guī)律相同。無(wú)降雨時(shí),床層含水率從凌晨開(kāi)始上升至8:40左右達(dá)到最大值,然后開(kāi)始下降,13:40-15:40時(shí)含水率最低,然后又開(kāi)始上升,每日變化過(guò)程中隨機(jī)出現(xiàn)的風(fēng)會(huì)使日變化規(guī)律有細(xì)微改變,但總體趨勢(shì)未變。空氣溫度、相對(duì)濕度和降雨量對(duì)地表凋落物含水率變化有極顯著影響,含水率變化對(duì)氣象因子的響應(yīng)有一定滯后性,氣象因子采集時(shí)間與含水率監(jiān)測(cè)時(shí)間差距越大,相關(guān)性越差。采用Nelson法和Simard法得到蒙古棟和紅松兩種凋落物類(lèi)型的時(shí)滯分別為4.24 h、16.34 h和29.25 h和52.32 h。對(duì)于蒙古櫟凋落物床層,Nelson法、Simard法和氣象要素回歸法的MAE和MRE分別為11.04%、8.03%、30.29%和26.67%、6.45%、79.76%。對(duì)于紅松凋落物床層,三種建模方法的MAE 和 MRE 分別為 2.04%、2.01%、14.61%和 2.10%、5.27%、70.80%。不論是蒙古櫟還是紅松地表凋落物含水率日動(dòng)態(tài)變化預(yù)測(cè)模型,都是Simard法預(yù)測(cè)效果最好,Nelson法次之,氣象要素回歸法效果最差。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S792.186;S791.247
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究綜述
        1.2.1 林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究
        1.2.2 森林地表凋落物含水率研究
        1.2.3 森林地表凋落物含水率影響因子研究
        1.2.4 森林地表凋落物含水率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究
    1.3 研究目的和意義
    1.4 研究?jī)?nèi)容
    1.5 創(chuàng)新點(diǎn)
    1.6 技術(shù)路線
2 研究區(qū)概況
    2.1 地質(zhì)地貌
    2.2 氣候
    2.3 植被
    2.4 土壤條件
    2.5 森林火災(zāi)概況
3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法
    3.1 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)
        3.1.1 溫濕度對(duì)凋落物床層含水率變化的影響
        3.1.2 風(fēng)速對(duì)凋落物床層含水率變化的影響
        3.1.3 降雨對(duì)凋落物床層含水率變化的影響
    3.2 野外含水率日變化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 樣地調(diào)查及布設(shè)
        3.2.2 數(shù)據(jù)采集
    3.3 含水率預(yù)測(cè)模型
        3.3.1 模型構(gòu)建
        3.3.2 預(yù)測(cè)模型精度檢驗(yàn)
4 室內(nèi)模擬空氣溫濕度對(duì)凋落物床層含水率變化的影響
    4.1 引言
    4.2 數(shù)據(jù)處理
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 不同溫濕度條件下不同結(jié)構(gòu)凋落物床層含水率動(dòng)態(tài)變化
        4.3.2 溫濕度及床層密實(shí)度對(duì)平衡含水率的影響
        4.3.3 溫濕度及床層密實(shí)度對(duì)失水系數(shù)的影響
        4.3.4 平衡含水率預(yù)測(cè)模型
        4.3.5 床層失水系數(shù)模型建立
    4.4 討論
    4.5 本章小結(jié)
5 室內(nèi)模擬風(fēng)速對(duì)不同結(jié)構(gòu)凋落物床層含水率變化的影響
    5.1 引言
    5.2 數(shù)據(jù)處理
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 試驗(yàn)基本情況
        5.3.2 不同風(fēng)速條件下凋落物含水率與時(shí)間變化情況
        5.3.3 風(fēng)速及床層密實(shí)度對(duì)床層失水系數(shù)的影響
        5.3.4 失水系數(shù)預(yù)測(cè)模型
    5.4 討論
    5.5 本章小結(jié)
6 室內(nèi)模擬降雨對(duì)不同結(jié)構(gòu)凋落物床層含水率變化的影響
    6.1 引言
    6.2 數(shù)據(jù)處理
    6.3 結(jié)果與分析
        6.3.1 試驗(yàn)基本情況
        6.3.2 不同降雨量時(shí)凋落物床層含水率與時(shí)間變化情況
        6.3.3 凋落物床層飽和時(shí)間研究
        6.3.4 凋落物床層飽和含水率研究
        6.3.5 凋落物床層飽和時(shí)間及飽和含水率模型
    6.4 討論
    6.5 本章小結(jié)
7 野外地表凋落物床層含水率日變化預(yù)測(cè)模型研究
    7.1 引言
    7.2 數(shù)據(jù)處理
    7.3 結(jié)果與分析
        7.3.1 監(jiān)測(cè)期間氣象要素日動(dòng)態(tài)變化
        7.3.2 地表凋落物含水率日動(dòng)態(tài)變化
        7.3.3 地表凋落物含水率日動(dòng)態(tài)變化與氣象因子相關(guān)性分析
        7.3.4 地表凋落物床層含水率日動(dòng)態(tài)變化預(yù)測(cè)模型
    7.4 討論
    7.5 本章小結(jié)
8 綜合討論
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文修改情況確認(rèn)表

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 舒圣評(píng);吳軍;;會(huì)東縣3種人工林凋落物持水性研究[J];四川林勘設(shè)計(jì);2018年01期

2 舒圣評(píng);吳軍;;金沙江河谷3種近熟人工林凋落物持水性研究[J];四川林業(yè)科技;2018年03期

3 趙文君;宗煒;崔迎春;吳鵬;侯貽菊;劉延惠;丁訪軍;;改變凋落物輸入對(duì)喀斯特原生喬木林和灌木林土壤氮礦化的影響[J];貴州林業(yè)科技;2018年01期

4 趙沖;王正寧;蔡一冰;張濤;王昌輝;王大洋;郭思;劉博;;凋落物類(lèi)型及覆蓋厚度對(duì)杉木幼苗出土與早期生長(zhǎng)的影響[J];福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年03期

5 孟慶權(quán);葛露露;楊馨邈;王俊;林宇;何宗明;;濱海沙地不同人工林凋落物現(xiàn)存量及其持水特性[J];水土保持學(xué)報(bào);2019年03期

6 郭瑞;王義平;吳鴻;;森林凋落物層的節(jié)肢動(dòng)物與森林健康的關(guān)系[J];林業(yè)科學(xué);2012年03期

7 張志蘭;鄭云澤;于秀娟;;重慶市幾種常見(jiàn)經(jīng)濟(jì)林凋落物持水性能研究[J];中國(guó)水土保持;2019年02期

8 周清慧;黃冠;陳繼豪;王鵬程;晏召貴;;林下凋落物對(duì)土壤種子萌發(fā)的作用機(jī)制[J];湖北林業(yè)科技;2019年03期

9 陳進(jìn);徐明;鄒曉;陶實(shí)德;汪東宇;張健;;貴陽(yáng)市不同林齡馬尾松林凋落物儲(chǔ)量及持水特性[J];水土保持研究;2018年06期

10 周勇;王曉娜;王麗;蔣紅衛(wèi);張大明;郝沙;孫景花;章林;;長(zhǎng)白山4種主要森林類(lèi)型地表凋落物引燃概率[J];森林防火;2019年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 張運(yùn)林;蒙古櫟和紅松凋落物含水率動(dòng)態(tài)變化影響因素及預(yù)測(cè)模型研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2019年

2 張雪梅;沙漠公路防護(hù)林主要植物種凋落物的分解特征[D];新疆大學(xué);2017年

3 程煜;中亞熱帶木荷馬尾松林恢復(fù)過(guò)程的群落及凋落物特征研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2006年

4 潘輝;三種相思樹(shù)人工林凋落物養(yǎng)分歸還功能及碳平衡研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2008年

5 路文杰;放牧影響草地生態(tài)系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化的機(jī)制研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孫鑒妮;麻櫟和赤松葉片-凋落物-土壤連續(xù)體生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

2 劉毓敏;林下層植被去除和凋落物去除對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[D];河南大學(xué);2019年

3 邱雪麗;改變碳輸入對(duì)亞熱帶—暖溫帶氣候過(guò)渡區(qū)三種林型土壤碳組分的影響[D];河南大學(xué);2019年

4 姜博涵;我國(guó)不同氣候帶森林生態(tài)系統(tǒng)中凋落物和林下植被去除對(duì)土壤氮礦化的影響[D];河南大學(xué);2019年

5 覃志偉;廣西憑祥兩種過(guò)熟人工林凋落物對(duì)土壤呼吸的影響[D];廣西大學(xué);2019年

6 胡曉薇;3種典型散生竹凋落物和鮮葉植硅體碳含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及植硅體碳產(chǎn)生通量的估測(cè)[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2019年

7 趙英偉;狼毒凋落物和氮素的添加對(duì)羊草生長(zhǎng)及其根際AM真菌特征的影響[D];東北師范大學(xué);2019年

8 魏翠翠;增溫對(duì)亞熱帶常綠闊葉林凋落物層分解及其DOM產(chǎn)量的影響[D];福建師范大學(xué);2018年

9 劉聰;紅壤水土流失區(qū)植被凋落葉輸入對(duì)土壤養(yǎng)分的影響特征[D];福建師范大學(xué);2018年

10 程偉松;地上和地下凋落物輸入對(duì)鹽沼濕地土壤呼吸及其組分的影響及機(jī)制[D];華東師范大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2836937