第第2 2章章 林火基础理论林火基础理论一、燃烧与燃烧的过程 二、 森林燃烧环 三、 森林燃烧环的五要素一、燃烧与燃烧的过程 1. 燃烧的定义燃烧：是一种自然现象，是可燃物与氧快速结合的放热发光 的化学反应。热解反应逸出的可燃性挥发物，与空气接触形成可 燃性混合物。当挥发物的浓度达到燃烧极限时，在 固体可然物的上方可形成明亮的火焰，放出大量能 量。与此同时，在固体木炭表面上发生缓慢的氧化 反应，呈辉光燃烧，缓慢地放出不多的能量，直到 仅留下少量灰分为止。可燃物受外界热源作用开始增温，逸出水汽，直到发 生剧烈分解反应为止。物理反应：分子扩散作用 可燃物迅速分解成可燃性气体（CO 、H2、 CH4等）,吸热反应 热分解反应逸出的可燃性挥发物，与空气接触形成可 燃性混合物，当挥发物的浓度达到燃烧极限时，在固 体可燃物上方可形成明亮的火焰，放出大量热量。（1）预热阶段 （2）热分解阶段（3）有焰燃烧和无焰燃烧 2. 燃烧的三个阶段热传导、热辐射、热对流（1）热传导 -可燃物内部的传热方式 地上可燃物排列疏松，不是主要的传热方式地下可燃物 -主要的传热方式（2）热辐射地表火-主要的传导方式 （3）热对流燃烧加热了局部空气，垂直向上运动 -林冠火 3. 燃烧的物理过程 燃烧的化学过程 -主要组分纤维素等的热分解反应 ，以及由它产生的挥发物的燃烧过程。 （1）纤维素 （2）半纤维素-热稳定性最差 含量最多，约为4055162 有明显的热分解反应275 放出挥发性可燃气体：CO、H2、CH4热分解后残留物为焦炭 1025120左右 热分解150左右 剧烈分解 （3）木质素 1635 ，针叶树中2535 135左右 缓慢热分解250 明显的热分解反应310420 剧烈反应燃烧热 木材近似地用C6 H9 O4 4 C6 H9 O425O218 H2 O24 CO21.1596103 KJ 5. 燃烧的必要条件 燃烧现象的发生必须具备三个基本条件：可燃物、氧气和一定温度又称燃烧三要素。燃烧三要素之间相互依赖，互相作用，如果把每燃烧三要素之间相互依赖，互相作用，如果把每 个要素作为三角形的一个边，连在一起就构成了个要素作为三角形的一个边，连在一起就构成了“ 燃烧三角形燃烧三角形”。可燃物氧 气一定温度燃 烧 三 角形 燃烧三角形形象地描述了燃烧三要素的重要性，如果缺燃烧三角形形象地描述了燃烧三要素的重要性，如果缺 少任何一边，燃烧三角形被破坏，燃烧现象就会停止。少任何一边，燃烧三角形被破坏，燃烧现象就会停止。( ( 三者缺一不可三者缺一不可 ) )6. 燃烧三解形 二、 森林燃烧环 燃烧三要素（可燃物、氧气和一定温度）只说明了 燃烧的一般现象和燃烧的共性，不能完全解释森林燃 烧现象。 如热带雨林，虽然有大量可燃物、氧和一定的温度 条件，但通常不发生森林火灾。 东北林区夏季森林中也有大量可燃物、并具备氧气 和一定的温度条件，但通常也不发生火灾。因为东北 林区此时为雨季，森林植被正处于生长旺季，森林植 物体内含有大量水分，虽然具备燃烧三要素，但不会 发生森林火灾。 因此，提出用森林燃烧环来说明森林燃烧这一现象 。1. 森林燃烧环定义：森林燃烧环：是指在同一气侯区内， 可燃物类型、火环境和火源条件相同，火 行为基本相似的可燃复合体。 可燃物氧 气一定温度燃 烧 三 角森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为可然物类型：森林燃烧不是一种可燃物的燃烧。火环境：包括火灾季节、气象要素、地形、氧气供应等。火源条件：包括火源种类、火源频度和火源出现时间火行为：指着火程度、火蔓延、火强度、火灾种类等。2. 森林燃烧环与燃烧三角 火 行 为可燃物类型火 环 境火 源 条 件 森 林燃 烧 环重 要 条 件主 导 因 素物质基础重 要 指 标森林燃烧环五要素：气侯区、森林可燃物类型、火源条 件、火环境、火行为。森林燃烧环能够充分说明森林燃 烧现象，同时也可为森林防火提供实践和理论依据。是 林火管理的基本单位。1.气侯区 2. 森林可燃物类型 3. 火源条件 4. 火环境 5. 火行为三、森林燃烧环的五要素1.气侯 区可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为1. 气候区(1)气侯定义气候是指某地区多年综合的天气状 况。一个地区的气侯状况是指在一段较长时间 内（如30年或更长的时间尺度），表现出来的 冷、暖、干、湿等气候要素的趋势和特点，既 包括一般或平均情况，又包括极端情况。气候与天气有密切联系，又有很大区别。 气候是天气的综合，天气是气候的基础。(2) 气候对森林火灾的影响：决定特定地区的火灾季节长度和周期。气候决定特定地区的可燃物状况（森林、草原等）气候决定特定地区的森林火灾的严重程度。一般来说，根据太阳辐射量和海拔高度将一般来说，根据太阳辐射量和海拔高度将 世界气侯分为世界气侯分为低纬度气候、中纬度气候、高低纬度气候、中纬度气候、高 纬度气候纬度气候三个大气候区。三个大气候区。各区又根据地理环境的不同分为若干个气各区又根据地理环境的不同分为若干个气 候型。不同的气候区和气候型各有不同的发候型。不同的气候区和气候型各有不同的发 生森林火灾的条件和特点。生森林火灾的条件和特点。赤道多雨气候型，一年中降水分布均匀，赤道多雨气候型，一年中降水分布均匀， 基本无森林火灾。基本无森林火灾。我国南部亚热带季风气候型，冬春常发生我国南部亚热带季风气候型，冬春常发生 森林火灾。森林火灾。我国北部温带季风气候型，春季常发生火我国北部温带季风气候型，春季常发生火 灾。灾。安徽：属暖温带向亚热带的过渡气侯型安徽：属暖温带向亚热带的过渡气侯型2. 森林可燃物类 型森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为(1) 可燃物的来源 森林自身的生理过程； 外界自然因素 人为因素 干枯、死亡并落在地表或存于林 分不同层次的可燃物1地下可燃物 2地表可燃物 （1）树叶 （2）苔藓 （3）草本植物 （4）低于1米的灌木、幼树等 （5）林内杂乱物3空中可燃物：距地面1米以上 指由松散地被物层到林中1m以下空间范 围内的所有可以燃烧的物质。风倒木、风折木、枯立木 -林内重型可燃物 其易燃性和数量是决定能否发生林冠火的关键 (2) 可燃物的种类根据可燃物的空间位置 危险可燃物 燃烧缓慢的可燃物 难燃可燃物 干燥快、燃点低、燃烧速度快，是林内的引燃物 不易引燃，引燃后释放能量大，不易扑灭 ;火场难清理，易复燃 含水量大，不易燃，有时还可减弱火势或使火熄灭 根据易燃程度 （3）可燃物的特征 可燃物负荷量； 可燃物大小和形状单位林地面积上所有可燃物的绝对重量，用Kg/m2或 t/ha表示可燃物的表面积与体积比1).细小可燃物吸收水分和散失水分时比大的可燃物快几倍、甚 至几十倍。2).细小可燃物容易引燃，粗大可燃物则反之。细小可燃物可加 速林火蔓延。3).可燃物形状不同还决定它们的空气动力学特性。易引起飞火 可燃物的分布（水平和垂直分布） 可燃物密实度 可燃物化学性质 可燃物含水率单位体积内可燃物的负荷量 纤维素、半纤维素、木质素、抽提物、矿物质 5070 1535 0.215% 30 不燃；3026 难燃；1125 可燃；20火焰蔓延速度 M/min 2.1202由低能量火转变为高能量火，有许多明显特征 1. 火头前方飞火数量明显骤增； 2. 对流烟柱翻滚； 3. 迅速向高空发展，由二维向三维火发展； 4. 火蔓延速度加快，火强度明显增加。 促使低能量火转为高能量火的原因： 1可燃物类型发生变化； 2. 可燃物数量骤增； 3. 火进入有利于火发展的地形； 4. 天气条件发生显著变化，如：突然增温，相对温度迅 速下降； 5. 火进入午后1218时，天气条件突然变的有利于火的 发展； 6. 突发大风。 （1）对流柱的特点 a、形成飞火 b、高度和强度 : 地面火长100m，对流烟柱可 达千米，烟柱高为火线长度的10倍。 C、涡流 （2）对流烟柱的发展 影响对流烟柱发展的主要因素：a、有效可燃物数量越多，发展越烈，反之则小；b、火强度越高，对流柱发展越烈 c、天气条件。不稳定的天气条件容易形成对流柱 。 产生飞火的原因：（1）地面强风作用，将燃着的树枝、鸟巢、枝 桠等刮离火场。在火头强风形成新的火源； （2） 火场的涡旋对流柱可将可燃物带到高空； （3）由火旋风将对流柱将燃烧物带到火头前方 。 （1）火旋风的特征： a、直径大小不一，从几cm到100200m； b、平地、山地均可发生； c、风速在017m/s均可发生； d、上升速度可高达80km/h，水平移动速度可达 40km/h； e、转速，据美国人实验可高达2300024000 转/min。 （2）. 火旋风产生的原因： a、主要是地面受热不均所造成； b、两火相遇速度不同； c、火锋遇到湿冷森林和冰湖也可形成火旋风 ； d、火遇到地形障碍物或大火越过山脊的背风 面或遇到重型可燃物时。 n 白天上山风大，加强上山火的蔓延，火难控制。 n夜间下山风会使上山火蔓延速度减缓。扑打火有利的时机。 山地条件下，昼夜风向交替转换。 由下山风转为上山风一般在上午910点，由上山风转为下山风则在日落以后开始。在山风 的转换时间，一般有短时间的静风期。扑打火的 两个有利时机。不同可燃物燃点不同 地衣和苔藓：180250； 杂草：250300， 一般木质：350 同一可燃物大小不一，其燃点也不相同 一般木质：350 木粉:180 坡度 15 25 35 45林木死亡率(%) 46.4 31.4 15.0 4.2火灾后在不同坡度林木死亡率统计表坡度越大，对林木危害越轻 坡度越小，对林木危害越重各国研究林火行为方法：1、从研究实际火场资料着手加拿大、澳大利亚2、在实验室采用模拟法进行火行为实验美国3、根据数理统计方法研究火行为风的作用风的作用1、热对流发生变化，加速热平流，促使火向前蔓延2、加速氧的供应，从而加快火的蔓延速度3、加速可燃物水分蒸发，加快火的蔓延火对森林生态系统的影响因素有三：1、释放能量的多少2、释放能量的速度3、火持续的时间火烈度火烈度与能量释放和火持续时间成正比 指表层松散地被物以下所有能燃烧的物质 ，主要为树根、腐朽木、泥炭 形成无焰燃烧，持续时间很长 燃烧需氧量少 蔓延速度很慢 对林火行为影响不大，但对林火扑救，特 别是清理火场造成许多困难 地表可燃物地下可燃物1)水平分布是指可燃物复合物和个体之间在水平方向上的连续性。直接影响火强度与蔓延速度2)可燃物垂直分布是指林内不同层次间的连续性-决定林火种类 a. 树冠层、b. 灌木、c. 杂草层、d. 凋落物层、f. 地被物下层 3)飞飞火的出现现可以打破水平分布和垂直分布的界限 。4)可燃物的配置:林内不同种可燃物的组合 郁闭度0.40.50.60.70.80.9负荷量 （t/ha ）2.02.93.55.09.012.9胡枝子、柞木林郁闭度与死地被物负荷量关系 树冠层的叶和小枝的含水率是形成树 冠火的关键研究重点a 美国黄松 （干旱立地） b 食松（水湿立地）c 光滑冬青（水湿立地） d 熊果（干旱立地）胡枝子、柞木林林木年龄与死地被物负荷量关系林龄406080100120