大尺度空间草原火灾情境模拟与灾情推演研究

Taking Songnen grassland as study area and Songnen grassland ecological research station of northeast normal university as experimental base, the study synthesize sample testing, indoor and outdoor ignition experimention, and numerical simulation analysis.From analyzing and selecting the key factors of grassand fire spread characteristics, building fire spread model and damage curve model three basic problems, the study will realize the large-scale spatial grassland fire disaster scenario simulation and disaster losses reasoning and evolution from three steps. Firstly,the key factors to grassland fire spread characterstics will be selected from ignition experiment and case analysis of grassland fire disaster. Secondly, applying combustion theory and fluid mechanics method,the study analyse the grassland fire behavious in different fire formation environment, and will build a grassland fire propagation model. Finally, applying Arc Engine and programming technology, the study will develop a large-scale dynamic simulation of grassland fire, establish the duration damage curve model, the study will realize the large-scale grassland fire disaster scenario simulation and disaster losses reasoning and evolution.Take typical grassland fire disasters as research demonstration, we will collect the fuel, weather, terrain, damage losses, and remote sensing date relevanted to historical grassland fire disaster. Applying the study results and typical grassland fire disasters, we will simulate and visualize historical grassland fire disaster. According to the simulating result and actural result, we will update the relevant parameter of grassland fire behaviour model. This study is important key technology for emergency rescue and is significance to realize the scientific grassland fire disaster firefighting, visualization to decision maker, and guarantee firefighter safty.

本研究以松嫩草原为研究示范区，东北师范大学草地生态研究站为实验基地，综合可燃物采样测试、室内外点火实验、数值模拟方法，从草原火行为分析、草原火蔓延模型构建和灾损曲线建立三个基本问题入手，研究草原火灾情境模拟与灾情推演。首先，通过对点火实验和草原火灾案例分析，筛选影响草原火灾蔓延的关键因子；其次，通过不同火环境下草原火行为的研究，利用燃烧学和流体力学方法，构建不同情境下的草原火蔓延状态方程。最后，利用ArcEngine和编程技术，开展大尺度空间草原火动态蔓延模拟研究，建立草原火灾灾损历时曲线模型。利用典型草原火灾案例为研究示范，通过收集相关草原火灾发生时可燃物、气象、地形特征、灾情以及遥感影像资料，对草原火灾案例进行情境模拟和灾情过程推演，并通过反馈信息对相关模型进行验证。本研究是草原火灾救援中的关键性技术，对实现草原火灾应急扑救的科学化、可视化，对保障扑救人员的人身安全具有重要意义。

草原位于环境梯度的中间位置，是我国的一条生态脆弱带。在气候变化背景下，草原火灾发生频繁且影响巨大，对草原区的社会经济造成了巨大影响。本研究以松嫩草原为研究示范区，东北师范大学草地生态研究站为实验基地，综合可燃物采样测试、室内外点火实验、数值模拟方法，从草原火行为分析、草原火蔓延模型构建和灾损曲线建立三个基本问题入手，研究草原火灾情境模拟与灾情推演。首先，通过对点火实验和草原火灾案例分析，筛选影响草原火灾蔓延的关键因子；其次，通过不同火环境下草原火行为的研究，利用燃烧学和流体力学方法，构建不同情境下的草原火蔓延状态方程。最后，开展大尺度空间草原火动态蔓延模拟研究，建立草原火灾灾损历时曲线模型。利用典型草原火灾案例为研究示范，通过收集相关草原火灾发生时可燃物、气象、地形特征、灾情以及遥感影像资料，对草原火灾案例进行情境模拟和灾情过程推演，并通过反馈信息对相关模型进行验证。通过野外实验，获取了研究区草原可燃物特征（生物量、含水率和连续度等），并构建了这些可燃物特征的遥感数据统计模型；通过野外火行为实验，获取了在自然状态下空气温度、地形、风速和可燃物特征等要素对草原火蔓延参数的影响；并利用元胞自动机和流体力学方法分别开展了草原火灾空间模拟研究；基于草原产草量、草原人口密度和草原经济密度三个指标，构建了草原火灾灾损模型，为草原火灾经济损失和受灾人口统计奠定基础。同时本研究还开展了草原可燃物的变化研究，确定了草原可燃物在空间上累积量的变化。本研究是草原火灾救援中的关键性技术，对实现草原火灾应急扑救的科学化、可视化，对保障扑救人员的人身安全具有重要意义。