基于燃烧概率模型的林火管理效益评估

Northeast forest region is one of the key areas for fire prevention in China. The region is sensitive to climate change, and fire risk may be get more severe in the future. There are a lot of investment with money and manpower on forest fire prevention to strengthen fire management. However, most fire management measures were made with experience and lacked scientific assessment tools. Therefore, this project will develop a model to resolve the current problem. A burn probability model on the landscape scale will be established on the base of the characteristics of the ignition source, fuel types, and suppression capability in the study area. Several typical fuel types of the study area will add to the burn probability model through the coming field investigation and fire experiments. Scenarios of climate, fuel treatment, and suppression will be established according to the structural equation modeling method. The quantitative assessment of the impacts of climate change, fuel treatments, and fire suppression will be made through burn probability simulations for those different scenarios. The project will study the influence of fire environmental factors on fire dynamics, and expound the driving force of landscape pattern. Through the research, the project aims to providing reliable theoretic basis and feasible scientific assessment methods for forest fire management on landscape scale. Furthermore, it has important scientific and practical value on promoting the forest fire management development in the key areas.

东北林区是我国森林防火重点区域之一，该区域对气候变化敏感，未来的森林防火形势可能更加严峻。每年森林防火都投入大量的资金和人力来加强林火管理，但多数林火管理措施的制定依赖于经验，缺乏科学的评估工具，因此，针对当前林火管理中这一问题开展本项目的研究。基于研究区的火源、可燃物类型和扑救能力等特点，构建景观尺度上的燃烧概率模型。通过野外调查和点火试验，补充典型可燃物类型的燃烧特征，完善燃烧概率模型。按照结构方程模型统计方法构建不同的气候情景、可燃物处理和扑救能力情景，分别模拟不同情景下的燃烧概率，定量评估气候变化、可燃物管理和扑救能力改善对森林燃烧性的影响，提出可燃物管理优化技术。通过研究火环境因子变化对火动态的影响，阐明影响景观格局的驱动力，旨在为景观尺度上的林火管理提供理论依据和可行的科学评估方法与途径，对促进重点火险区的林火管理发展具有重要的科学和实践意义。

针对当前我国林火管理中缺乏量化评估方法的现状，该项目围绕“林火管理效益评估”这一科学问题开展研究。基于大兴安岭地区的火源、可燃物类型和扑救能力特点，构建了景观尺度上的燃烧概率模型。利用该燃烧概率模型，定量评估了大兴安岭地区林火扑救能力提高对降低森林燃烧性的作用。基本情景使用1968-1987年期间的基础设施数据和灭火能力参数，1988-2012年扑救能力改善情景下大兴安岭地区的燃烧概率降低了73.6%。通过模拟不同可燃物和气候情景下的燃烧概率与潜在火行为，阐明了影响大兴安岭火动态的主要驱动因素，为景观尺度上的林火管理效益评估提供了科学方法。研究结果表明，计划火烧措施减少了草地可燃物的载量和改变了草本可燃物的空间分布连续性，区域平均燃烧概率和潜在火行为显著降低；随着隔离带密度（范围：2.1-4.5 m/hm2）增加森林燃烧概率逐渐降低，增大隔离带宽度会显著降低距隔离带2000 m范围内的潜在火行为；大兴安岭呼中区的最佳隔离带密度为4.1 m/hm2、隔离带宽度30-60 m（草地隔离带30 m、森林隔离带60 m），空间配置基于燃烧概率优化，实施隔离带优化方案可降低燃烧概率25.2%；可燃物处理会降低林分的火行为指数，干旱情景下大兴安岭主要林分的树冠火发生指数降低19.6-41.8%；气候变化导致2021-2050年大兴安岭地区的潜在火灾面积比基准时段（1971-2000）增加18.8%，燃烧概率增加19.4%。基于大兴安岭火动态特征建立的燃烧概率模型可以作为该区域的林火管理工具，不同可燃物和气候情景的模拟结果为开展林火管理活动和适应气候变化措施提供了科学依据。