自组织临界性与大规模森林火灾的防治

对经典的自组织临界性森林火灾模型进行了数值模拟,在此基础上,重点对我国1960,1970,1980和1987年前后,以及日本1995年前后的森林火灾发生情况进行了比较,分析了大规模森林火灾的发生频率与中小型森林火灾之间的联系.结果表明森林火灾模型可以描述森林火灾系统的自组织临界性,并与真实的森林火灾数据符合得较好.森林火灾系统的自组织临界性对火灾防治有一定的指导作用.     

葫芦岛市城市火灾分布的特点及其对城市火险分析的启示

火灾是城市、城镇的主要危害之一,城市火灾动力学关系到人们的生命和财产安全。研究了城市火灾的分布情况以及火灾频率与气象参数的关系,发现城市火灾的频率-尺度分布以及频率-时间间隔分布满足幂律关系。这表明大火灾和小火灾之间存在相互关联,由小火灾的发生频率可以预测大火灾的发生频率。研究火灾频率和气象参数(如温度,湿度)之间的关系,结果表明火灾频率随着某些气象参数变化而变化,并且呈现一定的规律性,说明通过气象参数预测城市火灾发生频率是可行的。所做工作可望揭示城市火灾的一些复杂特征,对城市火灾风险分析也有一定的帮助。     

森林火险与气象因素的多元相关性及其分析

森林火灾发生概率预测涉及气象、树种、地理条件与人类活动等诸因素，气象参数对火灾的影响一直是森林火灾研究的重点之一。选用日平均湿度、降水量、平均风速、平均温度和日照时间等5种典型气象参数，利用BP神经网络分析了它们对火灾发生概率的综合影响；研究了多种气象参数综合作用下火灾发生概率的变化规律。结果表明，气象参数与火灾发生概率之间存在稳定的关联，神经网络在处理多参数综合影响方面具有较好的泛化能力，可以作为预测林火概率的可靠方法，为森林火灾研究提供了基础数据。     

森林火灾次数预测方法研究

本文采用时变自回归模型结合激励函数来模拟森林火灾发生的状态;采用上下边缘包络线模型来模拟森林火灾发生的整体变化范围;采用灰色拓扑模型模拟森林火灾发生值在哪些年出现,结果表明,拟合及预测效果良好。     

森林火灾预报的新视角

从森林火灾成灾的三个基本因子（火源、环境和可燃物）入手，在宏观上对西南地区森林火灾预报方法进行了探讨。在预测林火发生方面，考虑到人为火是发生森林火灾的主要原因，有很大随机性，因而采用了马尔科夫随机过程理论。在分析成灾环境时，采用了与天、地、生相关分析的方法。特别在可燃物的贮量估测方面，用航天遥感数据，提出一套新的框算方法，为在区域的尺度上估测森林火灾给出了有效的、定量的方法，从而提高了可信度。     

中国东部雨季日降水的自组织临界特征

基于1960—2017年4-9月中国东部地区气象站雨季日降水数据,利用百分位阈值法确定每个站点不同强度的降水事件,定义同一站点相邻同强度降水事件之间的时间间隔为静默时间,研究各站点降水事件静默时间的概率密度函数分布特征.结果显示:各站点的日、候、旬尺度下静默时间概率密度函数均呈幂律分布,其分布具有无标度特征,表明日降水系统为现实世界中的自组织临界系统.当阈值的百分位不超过0.7时,降水静默时间的概率密度函数分布基本一致,与阈值无关;当阈值的百分位超过0.7时,越极端降水事件的静默时间概率密度函数与幂律函数越吻合.     

森林资源系统自组织特征研究

森林系统演化过程是一个自组织的过程,人类对森林系统的作用是影响森林系统的众多因子之一。为说明森林资源系统属于自组织系统,笔者借助3个临界性指标进行检测,即空间尺度的分形结构、时间尺度的1/f涨落和等级尺度的齐夫定律,并以浙江省森林资源清查数据为样本,对森林资源系统的上述指标进行定量分析。结果表明森林资源系统服从上述3个判据,因此森林资源系统是自组织的,可采用森林资源清查数据定量分析森林资源系统自组织特征。     

基于大数据分析的火灾预警方法研究

城市中一旦发生火灾将伴随人员伤亡及财产损失，对于城市火灾的发生进行准确预测并采取有效控制措施具有重要重要意义.传统方法存在精度低、计算耗时长等缺点.采用Bootstrap方法、二项分布的方法结合大数据分析并采用超级计算机运行速度较快的优势，可发现数据隐含关系，识别特征数据，提高火灾预测精度.利用天津市2015-2017年火灾数据，采用Bootstrap方法、二项分布的方法构造相应的置信水平为95%的预测区间.根据2015-2016年火灾数据，用2017年的火警数量进行验证，并选取精度较高27%以上的权重作为预测部分中的权重.利用2015-2017年的数据，通过Bootstrap方法、二项分布的方法预测2018年同期情况，得出预测结果吻合度大于63.33%.该模型可应用于火灾预测，其结果可为消防部门制定消防措施及理论依据.     

自组织临界性的相空间重构

作者通过采用相空间重构法对具有自组织临界性的BTW沙堆模型进行了分析，根据仿真得到的沙崩关联长度这个一维时间序列，用时延技术进行吸引子重构，得到了重构相空间的嵌入维数和关联维数，说明关联维数越低，系统的层次越高，趋势越明显．用相空间重构法可以用来分析其他具有自组织临界性的系统，在进行短期预测上有一定的意义．     

传染病动力学的一个细胞自动机模型

由细胞自动机出发提出一个传染病流行的非线性动力学模型，由计算机数值模拟，应用自组织临界理论分析结果，发现发病率和治愈率均为５０％时存在着分界点。在分界点两侧，患病集团分布和传染持续时间分布分别服从指数律和幂律，免疫体的分布具有不同的分数维。     

Self-organized criticality of forest fires in China

Self-organized criticality (SOC) of forest fires in China from 1950 to 1989 is studied. The stability, scaleinvariant character of SOC and external effects on SOC of forest fires in China are analyzed in detail. Forest-fire cellular automata model is a typical model for the research of SOC. Based on the traditional forest-fire model, an improved model, in which effects of tree species, meteorological conditions and human efforts on forest fires are considered, is introduced. Actual forest fire data in China are compared with simulation results of the two models. It is shown that forest fire data in China have SOC behavior and simulation results of the improved model accord better with actual forest fire data than those of the traditional model.     

红外林火图像采集系统设计

林火是一种破坏性极强的灾害,林火探测已成为林火研究中重要的研究内容之一。给出了利用FPGA嵌入式技术实现林火图像信号的采集、数据打包和传输等功能的系统。该系统稳定可靠,通用性强,提高了火灾探测的实时性、准确性,并已在林火探测系统中得到实际应用。     

加拿大林火天气指标系统在通化市的应用

针对通化市林火特点,引入加拿大林火天气指标系统,利用通化市1996—2010年气象资料和森林火灾数据,研究林火天气指标与林火的相关性,并划分森林火险等级.结果表明:除了干旱码(DC)外,林火次数与其他林火天气指标极显著相关;受害森林面积、火场总面积与林火天气指数(FWI)、初始蔓延指标(ISI)极显著相关,与细小可燃物湿度码(FFMC)虽然没有达到极显著相关,但显著度与0.01水平很接近,因此可以证明加拿大林火天气指标系统适合通化市进行林火天气预报.按照极端火险天气小于3%的原则和几何方法划分了森林火险级别.4级火险天气下林火频率、火场面积比例、受害森林面积比例最大,森林火灾发生近似于正态分布,因此此种等级划分方法比较适合通化市,但需要更多的森林火灾资料加以验证.     

Influences of finite-size effects on the self-organized criticality of forest-fire model

The influences of finite-size effects on the self-organized criticality (SOC) of the traditional forest-fire model are investigated by means of a new method. The forest size is originally set to a value much greater than the correlation length of the forest. Finite-size effects are then studied by equally dividing the forest into more and more separate subsystems on condition that the forest size, igniting probability and planting probability are invariant. A new phenomenon, i.e. the finite-size effects with one-side frequency peak, is observed. The boundary between two neighboring subsystems can be regarded as a firebreak. The concept of 'separation ability' is introduced to represent the probability for the firebreak to block off the fire successfully. Restraining effects of separation ability on finite-size effects are analyzed. Finite-size effects and separation ability, as well as their relations are found to have practical importance to the actual forest-fire protection.     

基于MODIS数据的2001—2018年黑龙江省林火时空分布

【目的】黑龙江省是中国重要的林业省份之一,也是受林火危害最严重的地区之一。通过遥感数据获取森林火点信息,充分了解近年来黑龙江省林火发生的时空分布格局,探索林火发生规律。【方法】根据黑龙江省2001—2018年MODIS(分辨率成像光谱仪)遥感图像的MCD64A1火烧迹地产品数据集,提取林火火点信息,结合历史火灾记录资料、归一化植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)、森林类型、数字高程模型DEM(digital elevation model)等数据,运用地理信息系统空间分析方法和统计分析方法,对黑龙江省的林火时空分布规律进行研究。【结果】2001—2018年,黑龙江省林火次数和过火面积呈现波动性变化,但整体上林火次数呈现下降趋势,其中2002年火灾发生次数最多,2003年过火面积最大,2008年过火面积最小;春、秋两季是林火的多发时期,冬季基本不发生火灾。林火在空间分布上具有异质性,在13个地级行政区中黑河市的森林火灾过火面积最大,其次为大兴安岭地区和绥化市,大庆市发生森林火灾的过火面积最小;过火面积随着林地海拔的升高逐渐呈现减少的趋势。结合森林类型分布情况发现,在针叶林中发生火灾的概率较高,其次为混交林和阔叶林。【结论】采用MCD64A1火烧迹地产品能够较为准确地提取出火灾信息,结合植被类型和高程信息对黑龙江省林火发生的时空规律进行分析,可为区域林火扑救和预警监测提供重要的科学依据。     

基于WRF模式研究动态风场对林火蔓延预测的影响——以西昌“3·30”森林火灾为例

风场是影响林火蔓延行为最关键的因素之一。许多林火发生在地形复杂多变的山区，会产生复杂的局部风场。为探究动态风场对林火蔓延预测的影响，以“3·30”西昌泸山森林火灾为研究对象，利用WRF(weather research and forecasting)模式模拟动态风场，并与林火蔓延模型耦合。分别将模拟风场和均一风场分别输入林火蔓延模型，基于林火蔓延过程中实际火场范围数据，分析动态风场对林火蔓延模型预测结果的影响。结果表明耦合WRF模式和林火蔓延模型考虑了分辨率更高更高、 且更为准确的局部风场，能够实现对森林火灾蔓延的动态模拟。预测得到的火场范围与均一风场相比与实际范围具有更高的相似度。     

Self-organized criticality judgment and extreme statistics analysis of major urban fires

The spatial (economic loss) and temporal characteristics of urban fires were analyzed employing relevant statistical methods. A fractal structure in terms of the power-law relation between fire frequency and economic loss was found on a spatial scale, and an exponential relation between frequency and time interval was found on a temporal scale. Thus, urban fire does not meet the rigorous criteria of self-organized criticality. In addition, based on the spatial power-law distribution characteristics, a correlation model of the frequency and scale of loss due to urban fire was established using the extremum statistical method. This model was then applied to the case analysis of Hefei and the probability of major fire incidents in the future was predicted.     

基于实地核查的气象卫星森林火情监测真实性检验

随着卫星平台的高速发展和监测技术的日趋完善，气象卫星凭借高频次和高时效特点在森林火情监测方面具有独特优势。研究简要介绍了气象卫星森林火情监测原理，提出了卫星监测缓冲区半径人工核查法，对极轨气象卫星（polar-orbiting meteorological satellite）上下文法（contextual）和静止气象卫星（geostationary meteorological satellite）时序法（temporal sequence method）计算得出的林火监测结果进行真实性检验。结果显示，极轨与静止气象卫星结合的森林火情监测方法的真实火点率达81.03%，具有较高的时空稳定性；湖南省真实火点分布具有明显的时空分布集聚特征，湖南南部五地级市监测得到的真实火点占全省真实火点的76.60%，“林火较高发期”监测真实火点占全部真实火点的81.96%；静止气象卫星首次监测到的真实火点占全部真实火点数的96.28%，FY4A国产静止气象卫星在森林火情监测中体现了明显高精度优势。研究表明，卫星监测实地核查为森林火情真实性检验工作提供了重要的核验数据，填补了国内大尺度长时序森林火情监测真实性检验的空白，为气象卫星森林火情监测的业务化运行提供了技术参考。     

云南省林草火险空间模拟和等级评价

【目的】森林火险空间模拟和等级评价对森林防火具有重要意义。为确定不同区域林草资源防火的重点因素,对云南省的林草火险进行空间模拟和等级评价。【方法】采用2001—2014年的MODIS数据,选取反映植被状态、温度、地形和人类活动可达性等4个方面的火环境因素,通过设计抽样方案、训练集和检验集生成程序,得到35个数据集,开发70个地理加权Logistic回归模型,以交叉验证法评估模型性能,最终选择残差空间随机、可靠性和区分能力最优的模型做统计推断。将模拟的每期过火概率图重分为5类,相应火险类别分别记为“低”、“中”、“高”、“很高”、“极高”等级。【结果】火险类别中,“极高”等级占12.7%,“很高”等级占18.1%,二者可解释2001—2014年云南省80%的林草火灾,文山、红河、玉溪、楚雄、丽江、大理等6市的“极高”和“很高”等级面积占全省面积的71.5%,是全省的“重灾区”。【结论】“重灾区”应列为云南林草防火的重点区域,在防火的人、财、物上给予优先考虑。高温是云南省首要火险因素,其次为海拔、坡度、枯死植被、植被量,人类活动可达性影响相对较弱。影响火险的火环境因素在云南省内仅部分区域显著,按显著区及相对权重,云南省可分为西北、西南、西中Ⅰ、西中Ⅱ、东南和中部共6个区域,不同区域应因地制宜确定防火重点并布置防火资源。