南方人工林地陰燃火溫度變化特征研究

何誠(chéng)，舒立福，劉超，王越，張?jiān)?，張運(yùn)生

(1.南京森林警察學(xué)院，南京210023；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，北京100091；3.內(nèi)蒙古赤峰市喀喇沁旗旺業(yè)甸實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，內(nèi)蒙古 赤峰024423)

陰燃是一種燃燒速度較慢，但火烈度較大的無明火燃燒過程，是固體可燃物燃燒的一種形式，通常產(chǎn)生大量煙氣和周邊可燃物溫度提高等現(xiàn)象，它與有焰燃燒的區(qū)別是無火焰，與無焰燃燒的區(qū)別是能分解出可燃?xì)?，因此在一定條件下陰燃可以轉(zhuǎn)換成有焰燃燒。森林陰燃可以分為森林地下陰燃火(地下火)和森林地表陰燃火兩種[1-3]。森林地下火即在地表下滿足一定的條件后，發(fā)生自燃現(xiàn)象，或因?yàn)槠渌蛩厮纬纱笠?guī)模地下燃燒，往往出現(xiàn)在干燥時(shí)間比較長(zhǎng)、相對(duì)濕度比較小、降水量稀少甚至為零以及緯度高的區(qū)域；陰燃火的產(chǎn)生是由于森林火災(zāi)中對(duì)于可燃物的撲救沒有徹底進(jìn)行，從而殘存下來一定的火種。清理陰燃火通常是森林火災(zāi)撲救的后期階段，也是相對(duì)重要的一個(gè)階段[4-6]。在森林火災(zāi)中，由陰燃轉(zhuǎn)變成明火導(dǎo)致的占比很大，如1987年“5.6”大興安嶺特大森林火災(zāi)，便是由于火場(chǎng)面積較大，對(duì)于火災(zāi)的撲救不夠徹底，因陰燃火的存在，復(fù)燃導(dǎo)致出現(xiàn)二次大火，造成森林損失和人員傷亡慘重[7]。陰燃燃燒受地表風(fēng)速影響很小，可自由緩慢地蔓延，且一般條件下不易發(fā)生明火，具有隱蔽性強(qiáng)、方向易變、燃燒不連續(xù)等特點(diǎn)，撲救工作具有很大的困難，因此研究陰燃規(guī)律以及可燃物含水量、外界氣流流速、森林可燃物質(zhì)量等因素對(duì)陰燃轉(zhuǎn)換為明火的影響，進(jìn)一步了解這些因素對(duì)陰燃的影響以及如何控制，為撲救森林地下火做好有力的準(zhǔn)備。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)林地陰燃火的特性做了部分研究，何誠(chéng)等[7]、舒立福等[8]對(duì)地下火以及陰燃的進(jìn)展過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究，對(duì)地下火和陰燃的撲救提出建設(shè)性意見；辛穎等[9]就含水量、粒徑等對(duì)森林腐殖質(zhì)陰燃傳播方面影響進(jìn)行了研究，得出了不同含水量的腐殖質(zhì)陰燃溫度變化趨勢(shì)大致相同，即先逐漸升高，后逐漸降低，不同粒徑腐殖質(zhì)的陰燃溫度變化趨勢(shì)基本相同，并隨著粒徑的減小，陰燃的時(shí)間變長(zhǎng)，峰值溫度升高；宋澤陽(yáng)等[10]供氧擴(kuò)散程度對(duì)陰燃反應(yīng)影響方面進(jìn)行了研究，得出供氧越豐富，陰燃越旺盛，最終會(huì)在某一臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)換成明火；Frandsen[11]研究了可燃物特性與森林地下火發(fā)生概率之間的關(guān)系，建立了森林地下火陰燃蔓延概率與可燃物中無機(jī)物含量、水分含量和可燃物密度三因素之間的擬合關(guān)系，基于對(duì)干燥可燃物質(zhì)量的含水率的研究指出泥炭陰燃維持的臨界含水率。趙偉濤[12]研究了森林地下火及其傳播的特性，分析了腐殖質(zhì)泥炭的物理結(jié)構(gòu)特征，并通過熱解實(shí)驗(yàn)，分析了腐殖質(zhì)泥炭在不同溫度熱解情況下的化學(xué)變化特征，獲得腐殖質(zhì)泥炭物質(zhì)的陰燃特性。Watts等[13]研究了可燃物的水分含量、無機(jī)物含量、密度對(duì)地下火陰燃速率的影響，構(gòu)建了陰燃蔓延速率的經(jīng)驗(yàn)公式。

在國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的研究中，較少有人關(guān)注森林火災(zāi)中陰燃條件下的溫度變化特征以及陰燃向明火轉(zhuǎn)換的溫度閾值[14-18]。了解陰燃轉(zhuǎn)變成明火的溫度變化以及臨界溫度等特征，可為森林撲火隊(duì)員在清理陰燃火以及保護(hù)自身生命安全時(shí)提供一定的參考；并可以對(duì)森林火場(chǎng)內(nèi)可能復(fù)燃的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而降低森林因火災(zāi)原因而受毀的林區(qū)面積，減少人生命財(cái)產(chǎn)損失，有利于維持物種的多樣性和生態(tài)多樣性。因此，筆者以南京市棲霞區(qū)丁山研究區(qū)地表可燃物為研究對(duì)象，對(duì)其陰燃溫度的變化特征和轉(zhuǎn)換為明火的臨界溫度等進(jìn)行分析，以期掌握森林陰燃火特性，為森林防火科研工作者及森林防火一線工作人員提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)所用可燃物采自南京市棲霞區(qū)丁山(32°06′40″N，118°54′52″E)，海拔20 m，亞熱帶季風(fēng)帶，四季分明，光照充足。年均氣溫15.7 ℃，年均降水量為1 106.5 mm，年均相對(duì)濕度76%，每年6月下旬至7月上旬為梅雨季節(jié)。本研究所用可燃物以地表可燃物為主，其主要成分為部分樹種(黑松Pinusthunbergii，香樟Cinnamomumcamphora)的凋落物以及部分地表可燃物。

通過踏查選點(diǎn)，尋找可燃物凋落物較充分的區(qū)域。采用標(biāo)準(zhǔn)地法，取樣地選擇地勢(shì)相對(duì)平整、坡度較小、林分分布比較均勻的地帶，減少其余變量的影響。選取3個(gè)范圍為30 m×20 m的樣地，在每個(gè)樣地中，設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的樣方，采用五點(diǎn)采樣法，將采集的地表可燃物分別裝袋，并且注明相應(yīng)采集地點(diǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：1)手持熱紅外成像儀，利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，熱圖像的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度，如圖1a所示；2)熱紅外測(cè)溫槍，如圖1b所示；3)手持火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)儀，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、氣壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)的火險(xiǎn)等級(jí)。檢測(cè)儀內(nèi)置風(fēng)速、溫濕度、氣壓、電子羅盤等傳感器及GPS、GPRS、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等模塊，可對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖1c所示；4)TES1310數(shù)顯測(cè)溫儀，可實(shí)時(shí)測(cè)量接觸物體的溫度，如圖1d所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備Fig. 1 Main experimental equipment

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 燃燒床設(shè)置

在南京市棲霞區(qū)丁山腳下設(shè)置一個(gè)燃燒床，模擬真實(shí)的室外環(huán)境，將變量分別控制為可燃物質(zhì)量、含水量、風(fēng)速，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意控制變量，保證其他條件基本相同，為防止出現(xiàn)跑火的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)在開闊無其他可燃物的地區(qū)進(jìn)行，無需開設(shè)隔離帶。在兩組實(shí)驗(yàn)之間要注意控制間隔時(shí)間，要等燃燒床的溫度下降到和室溫基本相同時(shí)，再進(jìn)行下組實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)火器點(diǎn)燃后觀察可燃物燃燒充分，用測(cè)溫槍分別測(cè)量分組可燃物表面溫度，每間隔1 min測(cè)量1次，直至連續(xù)3次測(cè)量溫度相同，撲滅明火，分別用手持熱紅外成像儀、測(cè)溫槍、TES1310數(shù)顯測(cè)溫儀對(duì)余火進(jìn)行溫度測(cè)量。1)手持熱紅外成像儀測(cè)量時(shí)，分別取距離余火點(diǎn)5，10，20 m處測(cè)量，每次測(cè)量讀數(shù)3次并記錄；2)測(cè)溫槍測(cè)量余火點(diǎn)表面溫度，每次測(cè)量選擇3個(gè)點(diǎn)讀數(shù)3次并記錄；3)TES1310數(shù)顯測(cè)溫儀測(cè)量時(shí)，將探針插入余火中，待1 min后，觀察并記錄溫度顯示器的數(shù)值，每次測(cè)量重復(fù)3次，可固定3個(gè)探針插入點(diǎn)。用以上3種設(shè)備進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，每次間隔5 min。待余火點(diǎn)溫度降低至環(huán)境背景溫度值時(shí)，停止測(cè)量。

1.3.2 測(cè)定方法

樣品采集和預(yù)處理：在研究區(qū)域收集森林可燃物，取回后對(duì)其分類保存。在不同區(qū)域和地形的林地建立樣地，對(duì)樣地四周設(shè)置隔離帶，以防止實(shí)驗(yàn)期間跑火。在存儲(chǔ)期間定時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行監(jiān)測(cè)，盡量保證樣品原始狀態(tài)以模擬樣地內(nèi)可燃物的真實(shí)濕度，定期利用AND-ML50快速水分測(cè)定儀測(cè)定即時(shí)含水量，并對(duì)其記錄，針對(duì)部分樣品使用烘箱對(duì)其處理。

模擬研究區(qū)域同類型可燃物的野外條件，鋪設(shè)不同含水率和厚度的可燃物床層，測(cè)定其質(zhì)量，模擬森林陰燃狀態(tài)，并對(duì)其使用快速水分測(cè)定儀和溫度計(jì)，測(cè)量并記錄可燃物水分和溫度的變化。可燃物完全熄滅后收集未燃部分和灰燼，測(cè)定其質(zhì)量，用于可燃物消耗量計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行死灰復(fù)燃模擬實(shí)驗(yàn)，用攝像機(jī)和熱紅外成像儀記錄燃燒的分布及引燃狀態(tài)，抽取一定比例的陰燃過程中的消耗量和形狀變化。

第1組：將可燃物類型設(shè)為變量進(jìn)行點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)，可燃物類型分為枯立木、枯枝落葉、鮮活植物、地下腐殖質(zhì)4種類型。將地表可燃物均勻鋪展在燃燒床內(nèi)，控制風(fēng)速外界溫度等氣象條件不變，氣象條件的數(shù)據(jù)由手持氣象站提供。點(diǎn)燃燃燒床內(nèi)的地表可燃物，燃燒1 min后，將其壓滅至陰燃狀態(tài)，然后使用熱紅外成像儀進(jìn)行拍攝，測(cè)取地表可燃物陰燃的最高溫度，直至發(fā)生陰燃轉(zhuǎn)變成明火后停止測(cè)取，每10 s記錄溫度數(shù)值，觀察林地陰燃火的溫度變化特征。

第2組：將風(fēng)速控制為變量進(jìn)行點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)，風(fēng)速分別為1，2，3 m/s。將地表可燃物均勻鋪展在燃燒床內(nèi)，保證風(fēng)向同陰燃方向保持一致，風(fēng)由手動(dòng)小風(fēng)扇提供。點(diǎn)燃燃燒床內(nèi)的地表可燃物，燃燒1 min后，將其壓滅至陰燃狀態(tài)，使用熱紅外成像儀進(jìn)行拍攝，測(cè)取地表可燃物陰燃的最高溫度，每10 s記錄溫度數(shù)值，直至凋落物從陰燃轉(zhuǎn)變成明火。

第3組：將含水量控制為變量進(jìn)行點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)，含水量分別為28.5%，38.6%，42.3%。將地表可燃物均勻鋪展在燃燒床內(nèi)，保證可燃物在燃燒床內(nèi)分布均勻。對(duì)可燃物進(jìn)行點(diǎn)燒，當(dāng)?shù)乇砜扇嘉锶紵? min后，將其壓滅并使之成為陰燃狀態(tài)后，使用熱紅外成像儀進(jìn)行拍攝，測(cè)取地表可燃物陰燃的最高溫度，直至發(fā)生從陰燃轉(zhuǎn)變成明火時(shí)停止測(cè)取，每10 s記錄溫度數(shù)值。

選取風(fēng)速、含水率、可燃物類型為考察因素，以陰燃轉(zhuǎn)化為明火的臨界溫度為考察指標(biāo)，按照L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，確定可燃物陰燃轉(zhuǎn)化為明火的最佳條件。正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Orthogonal test factors and levels

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型森林可燃物陰燃溫度的變化特征

為了獲得枯立木、枯枝落葉、鮮活植物、地下腐殖質(zhì)4種類型可燃物陰燃溫度變化數(shù)據(jù)，將4種樣本的可燃物點(diǎn)燃，熄滅后看其溫度變化特征。實(shí)驗(yàn)時(shí)氣象條件如下：溫度8～10 ℃，風(fēng)速0.4 m/s，空氣濕度為32%。通過熱紅外成像儀觀測(cè)的可燃物溫度圖見圖2。

圖2 熱紅外成像儀觀測(cè)溫度圖Fig. 2 The temperature chart observed by the thermal infrared imager

圖3 不同類型森林可燃物陰燃溫度變化Fig. 3 Changes of smolder temperature of different types of forest combustibility

不同類型森林可燃物陰燃溫度變化情況見圖3。由圖3可知，枯立木燃燒的溫度最高，陰燃最高值可達(dá)690 ℃，明火撲滅后，可燃物處于陰燃狀態(tài)，且在50 min內(nèi)，溫度下降緩慢，陰燃火溫度在可燃物內(nèi)部持續(xù)處于高溫狀態(tài)，在50 min后，溫度可達(dá)300 ℃左右；枯枝落葉等細(xì)小可燃物燃燒的陰燃溫度最高值為590 ℃，當(dāng)明火被撲滅后，陰燃狀態(tài)時(shí)的溫度衰減迅速，在50 min后，局部溫度可達(dá)200 ℃左右；鮮活植物可燃物陰燃溫度最高值也在590 ℃，當(dāng)明火被撲滅后，陰燃狀態(tài)時(shí)的溫度衰減最明顯，在50 min后，局部溫度可至100 ℃以下；腐殖質(zhì)整個(gè)陰燃狀態(tài)持續(xù)時(shí)間最為顯著，陰燃最高溫度為600 ℃，當(dāng)明火被撲滅后，其陰燃狀態(tài)的溫度和明火燃燒的溫度差距不明顯，且持續(xù)處于高溫狀態(tài)，由此可知，腐殖質(zhì)一旦著火后，很難撲滅，即使撲滅明火，其陰燃產(chǎn)生的溫度和持續(xù)性遠(yuǎn)高于其他可燃物類型，進(jìn)而復(fù)燃的概率高于枯立木、枯枝落葉、鮮活植物等可燃物陰燃后的復(fù)燃概率。

2.2 風(fēng)速對(duì)森林可燃物陰燃溫度變化的影響

圖4 風(fēng)速對(duì)森林可燃物陰燃溫度變化的影響Fig. 4 Influence of wind speed on the smoldering temperature of forest fuel

將枯立木樣本分為4個(gè)樣本，在外界溫度為10 ℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程為首先將樣本點(diǎn)燃，在其充分燃燒后，使用二號(hào)工具將明火撲滅，讓枯立木樣本處于陰燃狀態(tài)，通過電風(fēng)扇改變外界風(fēng)速，控制風(fēng)速分別為4，2，1，0 m/s，每隔30 s使用熱紅外成像儀記錄其溫度1次，共記錄35次，觀察其溫度變化。由圖4可知，枯立木陰燃狀態(tài)整體溫度處于上升狀態(tài)，且溫度上升速度與風(fēng)速成正相關(guān)，風(fēng)速越大，枯立木從陰燃狀態(tài)轉(zhuǎn)為復(fù)燃狀態(tài)的時(shí)間越短，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)風(fēng)速4 m/s條件下經(jīng)450 s枯立木就會(huì)復(fù)燃。由此可知，風(fēng)速是影響森林可燃物從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的重要影響因素之一，森林可燃物陰燃溫度上升速度隨著風(fēng)速的增大而逐漸變快，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的耗時(shí)越短，也越容易發(fā)生復(fù)燃。因此在撲救森林火災(zāi)時(shí)，特別是清理陰燃火時(shí)，應(yīng)注意風(fēng)速的影響，在風(fēng)速不大且可以控制的情況下，用水或土來滅火；如發(fā)現(xiàn)風(fēng)有擴(kuò)大的趨勢(shì)，需停止滅火，盡量遠(yuǎn)離火場(chǎng)，防止陰燃轉(zhuǎn)變成明火對(duì)自己生命造成傷害；在風(fēng)速較大時(shí)應(yīng)及時(shí)在周圍開設(shè)隔離帶，防止出現(xiàn)飛火或者大范圍火災(zāi)蔓延加大損失。

3組可燃物陰燃熱紅外圖如圖5所示，圖中a、b、c分別表示風(fēng)速為1，2，4 m/s時(shí)，森林可燃物(枯立木)陰燃情況下不同時(shí)段的熱紅外成像圖。由圖可知，枯立木陰燃溫度最高在620 ℃左右，從陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰鸬呐R界溫度大概為620 ℃，在紅外熱像圖中，橘紅色區(qū)域代表的是熱量，可以看出顏色程度深的區(qū)域隨著溫度的上升和時(shí)間的推移逐漸加深，即熱量更高，這些區(qū)域是陰燃轉(zhuǎn)變成明火發(fā)生的概率較大的區(qū)域并且耗時(shí)短；顏色較淺的區(qū)域隨著時(shí)間的變化會(huì)不斷加深，但是相比較于顏色深的區(qū)域，復(fù)燃的概率較低，且花費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)。無論是顏色深還是顏色淺的區(qū)域，隨著時(shí)間的變化顏色會(huì)逐漸加深并且區(qū)域會(huì)逐漸變大，這種現(xiàn)象可能是因?yàn)樯挚扇嘉锶紵龝r(shí)間太短，燃燒不充分，部分可燃物還未燒盡，而陰燃的區(qū)域通過熱輻射將溫度傳給還未燃燒的可燃物，未燃的可燃物的溫度也逐漸上升，達(dá)到起火溫度，最終導(dǎo)致明火的出現(xiàn)。

注：圖中2-a、2-b、2-c，3-a、3-b、3-c，4-a、4-b、4-c分別為第2組、第3組、第4組森林可燃物(枯立木)在風(fēng)速為1，2，4 m/s陰燃情況下的熱紅外成像圖(因第1組森林可燃物(枯立木)樣本在2.1節(jié)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，所以小圖標(biāo)號(hào)從2開始)。圖5 3組可燃物在不同風(fēng)速影響下的陰燃熱紅外圖Fig. 5 Infrared images of smoldering heat of 3 groups of combustibles under the influence of different wind speeds

2.3 含水率對(duì)森林可燃物陰燃溫度變化的影響

取混合的可燃物(從樣地中獲取)，分為3組，一組不作處理，另外兩組分別用烘干箱剔除其中部分水分，進(jìn)而獲得含水率分別為28.5%，38.6%，42.3% 的3組樣本數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)方法與前幾組相似，先將可燃物點(diǎn)燃，讓其充分燃燒，然后將其熄滅，觀測(cè)其陰燃狀態(tài)結(jié)果見表2。在含水率為28.5%時(shí)，溫度上升速度最快，整個(gè)過程耗費(fèi)時(shí)間相對(duì)最短，陰燃約16 s后，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火，其轉(zhuǎn)變成明火的臨界溫度為761.1 ℃，森林可燃物陰燃過程約以13.04 ℃/s的速度上升；在含水率為38.6%時(shí)，溫度上升較含水率為28.5%時(shí)變慢，耗費(fèi)時(shí)間略長(zhǎng)，陰燃約20 s后，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火，其轉(zhuǎn)變成明火的臨界溫度約為740.5 ℃，森林可燃物陰燃過程約以9.06 ℃/s的速度上升；在含水率為42.3%時(shí)，溫度從647.2 ℃開始下降直至熄滅，實(shí)驗(yàn)中沒有發(fā)生從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的現(xiàn)象，整個(gè)過程耗時(shí)很長(zhǎng)，森林可燃物陰燃過程中約以8.4 ℃/s的速度下降。

通過不同含水率實(shí)驗(yàn)可以得知：可燃物含水率同地表可燃物陰燃下溫度上升速度成反比，即含水率越大，森林可燃物陰燃溫度上升速度越慢，當(dāng)含水率達(dá)到一定條件時(shí)，可燃物將不能復(fù)燃。多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)含水率超過42.3%，可燃物能夠復(fù)燃的概率極低；森林可燃物越干燥，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的花費(fèi)時(shí)間越短，對(duì)森林可燃物陰燃轉(zhuǎn)變成明火的影響越大。因此，在撲救森林火災(zāi)和清理陰燃火的過程中，要注意首先清理含沉積的干燥可燃物，或者采取相應(yīng)的措施提高可燃物含水量(如潑灑一定的水等)防止陰燃轉(zhuǎn)變成明火，減小損失。

表2 不同含水率條件下森林可燃物陰燃溫度變化Table 2 Statistical table of smouldering to open fire data under different moisture contents ℃

2.4 正交實(shí)驗(yàn)選取使可燃物復(fù)燃的最優(yōu)條件

選取風(fēng)速、含水率、可燃物類型為考察因素，以陰燃轉(zhuǎn)化為明火的臨界溫度為考察指標(biāo)，按照L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，確定可燃物陰燃轉(zhuǎn)化為明火的最佳條件。試驗(yàn)安排及結(jié)果見表3，方差分析見表4。

表3 可燃物由陰燃轉(zhuǎn)化為明火的臨界溫度正交試驗(yàn)安排Table 3 Orthogonal test arrangement of critical temperature for the transformation of combustibles from smoldering to open flame

由直觀分析可知，各因素對(duì)復(fù)燃溫度的影響主次順序?yàn)锳>B>C。方差分析證明，風(fēng)速、含水率、可燃物類型3個(gè)因素對(duì)可燃物復(fù)燃溫度均有顯著影響。綜合分析，當(dāng)枯立木在風(fēng)速為4 m/s、含水率為38.6%的條件下復(fù)燃溫度最高。風(fēng)速是影響余火復(fù)燃的最主要因素，風(fēng)速越大，可燃物由陰燃轉(zhuǎn)化為明火的溫度越高，時(shí)間越短。因此在清理野外余火時(shí)，在無法改變風(fēng)速風(fēng)向的條件下，首先應(yīng)該清理含水率較低的枯立木及枯枝落葉層，然后再增加可燃物含水率。

表4 可燃物由陰燃轉(zhuǎn)化為明火的臨界溫度方差分析Table 4 Analysis of variance of the critical temperature of the transition from smoldering to open flame

3 討 論

當(dāng)前研究側(cè)重于通過溫度差異來識(shí)別林地陰燃火，而忽視了林地陰燃火溫度變化過程及其影響因子。數(shù)據(jù)表明，不同林地條件(如地形、溫度、可燃物含水量等)會(huì)影響燃燒的化學(xué)過程從而影響林地可燃物陰燃規(guī)律。從林地實(shí)地條件出發(fā)研究不同條件下林地可燃物陰燃特性，既是森林防火特殊火行為研究的基礎(chǔ)問題，也是森林地下火防治的基礎(chǔ)問題。

通過研究不同含水量條件下地表可燃物陰燃狀態(tài)的溫度變化特征，可以得出：含水率越低，則可燃物越干燥，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的所耗時(shí)間越短，溫度上升速度越快，地表可燃物越容易復(fù)燃。反之，若含水率越大，則可燃物越難復(fù)燃，當(dāng)含水量大到一定程度后，除非外界其他條件變化，否則無法復(fù)燃。風(fēng)速是影響森林可燃物從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的重要影響因素之一，風(fēng)速越大，森林可燃物陰燃溫度上升速度越快，從陰燃轉(zhuǎn)變成明火的耗時(shí)越短，也越容易發(fā)生復(fù)燃。腐殖質(zhì)整個(gè)陰燃狀態(tài)持續(xù)時(shí)間最為顯著，陰燃最高溫度為600 ℃，當(dāng)明火被撲滅后，其陰燃狀態(tài)的溫度和明火燃燒的溫度差距不明顯，且持續(xù)處于高溫狀態(tài)。由此可得，腐殖質(zhì)一旦著火后，很難撲滅，即使撲滅了明火，其陰燃產(chǎn)生的溫度和持續(xù)性遠(yuǎn)高于其他可燃物類型，進(jìn)而復(fù)燃的概率高于枯立木、枯枝落葉、鮮活植物等可燃物陰燃后的復(fù)燃概率。

筆者通過研究不同含水率、可燃物類型、外界風(fēng)速對(duì)地表可燃物陰燃的溫度變化影響，達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，在一定程度上可為今后清理火場(chǎng)工作提供理論依據(jù)和一定的數(shù)據(jù)支撐。但是同時(shí)，本研究還存在不足：無法精準(zhǔn)控制外界因素的變化，雖然進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)間基本相同，也同樣是無風(fēng)或微風(fēng)，天晴、無雨的條件，但是天氣的變化無法控制，并且每天的溫度濕度也存在差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)存在一定的影響，因此如果條件允許，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減少外界因素的變量。下一步工作，以無人機(jī)搭載高光譜傳感器結(jié)合3S技術(shù)為平臺(tái)，以地面調(diào)研及樣地?cái)?shù)據(jù)為支撐，擴(kuò)大可燃物樣本種類及數(shù)量，結(jié)合林地陰燃火歷史數(shù)據(jù)建立陰燃火數(shù)據(jù)庫(kù)，利用屬性選擇算法擇選出林地陰燃火發(fā)生和蔓延的相關(guān)因子；分析基于立地條件下的林區(qū)森林陰燃火的陰燃特性，研究林區(qū)森林陰燃火發(fā)生及蔓延與環(huán)境因素之間的關(guān)系；建立預(yù)引燃能量理論和多源地學(xué)數(shù)據(jù)集成的森林火險(xiǎn)預(yù)警模型，建立不同環(huán)境條件下林地陰燃火蔓延模型。