尹賽男 單延龍 陳 響 曹麗麗 于 渤 張美玉

（北華大學(xué)林學(xué)院 北華大學(xué)森林草原防滅火科技創(chuàng)新中心 吉林 132013）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、改良土壤、減少污染等多種功能，在改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)生物多樣性和維持全球碳平衡方面發(fā)揮著重要作用（孫龍等，2021）。林火是森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支平衡的重要干擾因子，與森林生態(tài)系統(tǒng)的植被類型、結(jié)構(gòu)、地表腐殖質(zhì)層和土壤理化性質(zhì)等密切相關(guān)（Yanget al.，2018）。森林火災(zāi)可分為地表火、地下火和樹冠火，其中地表火和樹冠火燃燒屬于明火，易于發(fā)現(xiàn)和觀察，已有大量研究；地下火燃燒屬于緩慢、低溫、無焰的陰燃現(xiàn)象，具有極強(qiáng)隱蔽性，在監(jiān)測和撲救中很容易被忽視，相關(guān)研究較少（Reinet al.，2008；黃鑫炎等，2021）。地下火陰燃是森林火災(zāi)中的一種極端火行為，主要發(fā)生在熱帶雨林、溫帶以及寒帶的森林腐殖質(zhì)或泥炭土層中（Huanget al.，2015；張吉利等，2018）。極端野火會減緩植被自然更新（Wanget al.，2021），地下火一旦發(fā)生可能在幾周甚至幾個(gè)月內(nèi)緩慢燃燒蔓延（Huanget al.，2015），期間不僅會毀壞植物根系、破壞土壤結(jié)構(gòu)、影響地下水位（Reinet al.，2008；Schulteet al.，2019），還會釋放出大量溫室氣體和有毒有害氣體（Turetskyet al.，2011；Haddenet al.，2013；Sutheimeret al.，2021），嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)。

1997年東南亞發(fā)生的大面積泥炭火陰燃，造成該區(qū)域極端霧霾事件，使人們真正認(rèn)識到地下火陰燃給環(huán)境和經(jīng)濟(jì)帶來的嚴(yán)重威脅（Pageet al.，2002；Cancellieriet al.，2012），近年來受人為活動(dòng)影響增強(qiáng)以及全球氣候變暖加速，環(huán)境條件越來越利于林火發(fā)生，地下火的發(fā)生頻率、規(guī)模和危害程度顯著提高（Kohlenberget al.，2018；Parket al.，2020；Scholtenet al.，2021），對地下火陰燃的研究也逐漸受到關(guān)注。目前，基于小尺度模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)是研究地下火陰燃的主要方法，近年來一些學(xué)者在地下火陰燃的化學(xué)反應(yīng)過程、燃燒特征、氣體排放以及含水率、粒徑、無機(jī)物含量對陰燃的影響等方面進(jìn)行了大量探索（Chenet al.，2015；Prat-Guitartet al.，2016；Wakhidet al.，2017；Huet al.，2018；何誠等，2020；高萌等，2020；趙志新等，2020；唐抒圓等，2022；Marcotteet al.，2022），提出使用特殊材料制造防火隔離帶、冷卻滅火、泡沫水劑等撲救地下火的方法（Ramadhanet al.，2017；Mygalenkoet al.，2018；Ratnasariet al.，2018），而對地下火的預(yù)測預(yù)報(bào)只能通過地下水位和干旱指數(shù)等間接因素來實(shí)現(xiàn)（Reardonet al.，2011）。泥炭地陰燃研究是較多學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，但地下的腐殖質(zhì)或泥炭層存在很大空間異質(zhì)性，實(shí)險(xiǎn)室使用商業(yè)泥炭進(jìn)行陰燃試驗(yàn)，雖然可反映出陰燃的基本原理（Reardonet al.，2007），但很難適用于所有條件的地下火燃燒，尤其是森林腐殖質(zhì)層地下火；森林腐殖質(zhì)層地下火由于多伴隨地表火發(fā)生，相關(guān)記錄不多，導(dǎo)致研究也較少（張吉利等，2018）。可見，當(dāng)前對區(qū)域范圍內(nèi)地下火燃燒特征和發(fā)生預(yù)測的研究還較薄弱，仍需開展大量試驗(yàn)進(jìn)行探索。

1986年，長白山自然保護(hù)區(qū)受強(qiáng)臺風(fēng)破壞，大量原始林被摧毀，形成了大面積風(fēng)災(zāi)區(qū)，森林更新、群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性等受到嚴(yán)重影響，經(jīng)過30多年的恢復(fù)，目前風(fēng)災(zāi)區(qū)只有小部分恢復(fù)較好，且由于多年沒有人為干擾，地表和地下積累大量被風(fēng)掘起帶有樹根的腐朽倒木和倒木堆，有些地方地下還形成較厚的草根盤結(jié)層（趙曉飛等，2004），森林火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)極高，同時(shí)也為地下火發(fā)生埋下了隱患。鑒于此，本研究基于室內(nèi)模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)分析長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)不同恢復(fù)程度的地下火陰燃溫度和蔓延速率變化特征，不同恢復(fù)程度和含水率對地下火陰燃峰值溫度和蔓延速率的影響，并建立地下火發(fā)生概率預(yù)測模型，以期為進(jìn)一步研究森林腐殖質(zhì)層地下火和該地區(qū)地下火防控提供更多參考和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

長白山自然保護(hù)區(qū)位于我國吉林省東南部，是北半球北部最具代表性的溫帶森林，涵蓋從溫帶到極地大部分景觀和生物類型，在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮著積極作用（張曉紅等，2019；張園等，2020）。該區(qū)年最低氣溫-44.0 ℃，年最高氣溫33.2 ℃，年降水量817.0～1332.6 mm。長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)位于自然保護(hù)區(qū)西部和南部，41°52′40″—42°01′10″N，127°53′37″—128°02′00″E，其成因?yàn)?986年8月28日晚由朝鮮半島登陸的15號臺風(fēng)襲擊了長白山自然保護(hù)區(qū)西、南兩坡海拔1100～2000 m的原始森林，跨越闊葉紅松（Pinus koraiensis）林帶、云（Picea asperata）冷杉（Abies fabri）林帶和岳樺（Betula ermanii）林帶，造成大面積森林被摧毀，風(fēng)災(zāi)面積達(dá)11 386 hm2。經(jīng)過30多年的更替演化，風(fēng)災(zāi)區(qū)自然環(huán)境和生物多樣性也發(fā)生了變化，目前以未恢復(fù)區(qū)面積最大，形成主要以小葉樟（Deyeuxia langsdorffii）為主的草甸；恢復(fù)區(qū)主要集中在低海拔地區(qū)，植被類型為針闊混交林；同時(shí)還存在未完全恢復(fù)的半恢復(fù)區(qū)，植被類型為針葉林（牛麗君等，2013；王慧赟等，2019）。

1.2 地下可燃物采集

2020年秋季防火期進(jìn)行野外調(diào)查，在長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)選擇未恢復(fù)區(qū)（以小葉樟為主的草甸，地下可燃物由草根和少量草甸土組成，厚度15 cm）、半恢復(fù)區(qū)（草本植物和森林交織，地下可燃物由草根和腐殖質(zhì)組成，厚度28 cm）、恢復(fù)區(qū)（完成更新的幼齡林，地下可燃物由腐殖質(zhì)組成，厚度17 cm）為試驗(yàn)地。每塊試驗(yàn)地隨機(jī)選取30 m×20 m試驗(yàn)樣地，調(diào)查并記錄樣地基本情況。在樣地對角線處分別設(shè)置3個(gè)50 cm×50 cm小樣方，除掉地表枯枝落葉，挖掘小樣方內(nèi)所有地下可燃物帶回實(shí)險(xiǎn)室。

1.3 地下可燃物處理

采集的部分可燃物裝入檔案袋置于鼓風(fēng)干燥箱中，105 ℃連續(xù)烘干48 h使可燃物趨于絕干；剩余可燃物置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，每隔6 h使用快速水分測定儀測量其含水率，直至達(dá)設(shè)定含水率為止。將不同含水率的可燃物分別置于塑封袋中密封，用于模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)。試驗(yàn)前，使用快速水分測定儀再次測量3次可燃物含水率，平均值作為可燃物實(shí)際含水率。

在不同恢復(fù)程度下，從可燃物含水率0%開始進(jìn)行模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)。為減小試驗(yàn)誤差，將含水率梯度間隔設(shè)為5%，直至地下火不能自我維持燃燒。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)可燃物溫度達(dá)300 ℃時(shí)會發(fā)生明顯陰燃現(xiàn)象并熱解產(chǎn)生碳（黃鑫炎等，2021；Linet al.，2021），故本研究認(rèn)為當(dāng)陰燃峰值溫度小于300 ℃時(shí)不能發(fā)生地下火陰燃。根據(jù)點(diǎn)燒試驗(yàn)結(jié)果，共進(jìn)行0%、5%、10%、15% 4種含水率梯度點(diǎn)燒試驗(yàn)。

1.4 地下火模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)

使用自行組裝的地下火溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行模擬點(diǎn)燒。為使點(diǎn)燒試驗(yàn)更接近于實(shí)際地下火燃燒過程，試驗(yàn)裝置設(shè)置為頂部開口的陰燃反應(yīng)爐，同時(shí)為降低燃燒過程中的熱量損失，陰燃反應(yīng)爐使用具有保溫隔熱效果的陶瓷鋁硅酸纖維材料制作；在陰燃反應(yīng)爐側(cè)面插入K型熱電偶，通過數(shù)據(jù)采集模塊和補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶與筆記本電腦連接；由于地下火燃燒是一個(gè)十分緩慢的過程，為更加精準(zhǔn)掌握地下火燃燒過程，同時(shí)考慮試驗(yàn)裝置自身性質(zhì)，每隔3 cm插入1根熱電偶（林少潤等，2021）。以遠(yuǎn)紅外加熱板作為火源，引燃地下火可燃物，使用前加熱至500 ℃后放置在陰燃反應(yīng)爐上，并采用控溫表控制溫度保持恒定，加熱2 h后撤掉加熱板。數(shù)據(jù)采集模塊將K型熱電偶采集的溫度變化數(shù)據(jù)傳入筆記本電腦，用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，采集頻率10 s一次。模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)裝置示意見圖1。

圖1 地下火模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)裝置Fig. 1 Sub-surface fire simulation ignition experimental device

地下火陰燃過程復(fù)雜，通過氧化反應(yīng)釋放熱量維持燃燒（Pastoret al.，2018）。本研究根據(jù)溫度變化將整個(gè)陰燃過程劃分為4個(gè)階段：遠(yuǎn)紅外加熱板作為火源引燃2 h，開始的2 h為引燃階段；撤掉外部火源后，地下火仍可陰燃數(shù)小時(shí)，表明已開始自我維持燃燒（Huanget al.，2017），撤掉火源后至最后一根熱電偶溫度開始下降的過程視為地下火自我維持燃燒階段；當(dāng)?shù)叵禄鹑紵郎囟冉抵?0 ℃以下時(shí)，陰燃不再可能復(fù)燃（Ramadhanet al.，2017），從最后一根熱電偶溫度下降至陰燃溫度80 ℃的過程視為地下火熄滅過程；陰燃溫度小于80 ℃至室溫，表明地下火完全熄滅。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

基于地下火溫度采集系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用Origin軟件繪制地下火燃燒溫度和蔓延速率（每根熱電偶的深度除以該深度地下火燃燒達(dá)最高溫度的時(shí)間）變化圖。采用SPSS軟件的方差分析方法分析不同恢復(fù)程度和含水率對地下火燃燒特征的影響；若存在交互作用則進(jìn)行簡單效應(yīng)分析，顯著水平P＜0.05；多重比較（LSD）結(jié)果用箱式圖表示，箱體為數(shù)據(jù)的15%～75%，上下延長線為極值，箱體內(nèi)橫線為均值，每個(gè)箱體上若存在任意相同的小寫字母表明差異不顯著。

Logistic回歸模型是預(yù)測研究地下火的重要方法（張吉利等，2018），本研究使用其預(yù)測長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)地下火發(fā)生概率。Logistic回歸模型因變量取值是不連續(xù)的，可以是二項(xiàng)或多項(xiàng)分類，其自變量既可是連續(xù)變量，也可是分類變量。在不同恢復(fù)程度下，不同深度的地下火陰燃峰值溫度大于300 ℃視為陰燃發(fā)生概率為1，反之發(fā)生概率為0。Logistic回歸模型擬合使用SPSS軟件完成。

設(shè)地下火發(fā)生概率為P，則有：

式中：β0為常量；自變量xn為篩選出的驅(qū)動(dòng)因子；βn為各自變量系數(shù)。

在林火發(fā)生概率預(yù)測研究中，受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線被廣泛用于預(yù)測模型精度評價(jià)和模型閾值確定。ROC曲線下面積AUC（area under the curve）用來反映預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，其取值范圍在0.5～1之間，AUC越大，模型敏感度和特異性越好，擬合精度越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同恢復(fù)程度地下火陰燃過程

由圖2a—c可知，恢復(fù)區(qū)（1.42%時(shí)7.67 h，5.19%時(shí)12.04 h）、未恢復(fù)區(qū)（0.75%時(shí)2.62 h，5.31%時(shí)3.27 h）、半恢復(fù)區(qū)（0.59%時(shí)8.43 h，4.79%時(shí)8.84 h，11.40%時(shí)9.05 h）的自我維持燃燒時(shí)間均隨含水率升高而增加；恢復(fù)區(qū)（1.42%時(shí)5.74 h，5.19%時(shí)4.67 h）和未恢復(fù)區(qū)（0.75%時(shí)3.97 h，5.31%時(shí)2.97 h）熄滅過程用時(shí)與自我維持燃燒過程相反，隨含水率升高而降低；雖然半恢復(fù)區(qū)含水率4.79%時(shí)熄滅用時(shí)7.74 h高于含水率0.59%時(shí)的5.99 h，但是含水率11.40%時(shí)熄滅用時(shí)依然最短（4.58 h）。不同恢復(fù)程度的地下火陰燃過程中，恢復(fù)區(qū)含水率1.42%和6.19%時(shí)均可完成整個(gè)燃燒過程，其中含水率1.42%時(shí)的燃燒溫度最高達(dá)640.57 ℃；當(dāng)含水率為9.16%時(shí)，撤掉火源后陰燃只能在深度3～6 cm維持燃燒，且燃燒溫度較低，之后燃燒溫度逐漸下降直至熄滅。未恢復(fù)區(qū)含水率0.75%時(shí)可完成整個(gè)燃燒過程，但燃燒溫度隨深度增加逐漸降低，深度15 cm處燃燒最高溫度僅為365.58 ℃；含水率5.31%時(shí)，撤掉火源后地下火只能燃燒至12 cm處；含水率11.20%時(shí)，撤掉火源后地下火只維持1.71 h便逐漸熄滅。半恢復(fù)區(qū)含水率0.59%、4.79%、11.40%時(shí)均能完成整個(gè)燃燒過程，其中含水率4.79%時(shí)燃燒溫度最高，達(dá)602.02 ℃；含水率16.13%時(shí)，撤掉火源地下火陰燃蔓延至9 cm處后燃燒溫度逐漸下降直至完全熄滅。

圖2 恢復(fù)區(qū)（a）、未恢復(fù)區(qū)（b）、半恢復(fù)區(qū)（c）地下火陰燃溫度變化過程Fig. 2 Temperature change process of smoldering of sub-surface fire in recovery (a), nonrestored(b), and semi recovery (c) area①：引燃Igniting；②：自我維持燃燒Self sustaining combustion；③：熄滅過程Extinction process；④：完全熄滅Completely extinguished.

由圖3可知，不同恢復(fù)程度的地下火陰燃蔓延速率均較為緩慢，其中恢復(fù)區(qū)和半恢復(fù)區(qū)的蔓延速率相對更慢?；謴?fù)區(qū)含水率1.42%時(shí)深度15 cm處的蔓延速率最快，也僅為1.55 cm·h-1，含水率5.19%時(shí)3 cm處的蔓延速率最慢，每小時(shí)僅蔓延0.86 cm；半恢復(fù)區(qū)地下火蔓延速率更加緩慢，最快僅為1.48 cm·h-1，且在不同含水率和深度條件下相差不大。未恢復(fù)區(qū)的地下火蔓延速率在不同含水率下隨深度增加而加快，含水率0.75%時(shí)深度15 cm處的蔓延速率最快，可達(dá)3.25 cm·h-1。

圖3 不同恢復(fù)程度的地下火陰燃蔓延速率變化特征Fig. 3 Change characteristics of smoldering spread rate of sub-surface fire with different recovery degreesⅠ：恢復(fù)區(qū)Recovery area；Ⅱ：未恢復(fù)區(qū)Nonrestored area；Ⅲ：半恢復(fù)區(qū)Semi recovery area.

2.2 影響地下火陰燃的因素

不同恢復(fù)程度和含水率對地下火陰燃峰值溫度和蔓延速率影響的對比分析結(jié)果顯示，2個(gè)條件交互作用對峰值溫度的影響存在顯著差異，其中含水率0%（F=14.60，P＜0.01）和5%（F=4.30，P=0.022）時(shí)，不同恢復(fù)程度的地下火陰燃峰值溫度之間存在顯著差異，而含水率10%（F=3.24，P=0.053）條件下則不存在差異；恢復(fù)區(qū)（F=14.25，P＜0.01）不同含水率地下火陰燃峰值溫度之間存在顯著差異，未恢復(fù)區(qū)（F=1.31，P=0.283）和半恢復(fù)區(qū)（F=2.34，P＜0.113）則不存在差異。含水率（F=5.00，P=0.014）和恢復(fù)程度（F=8.49，P=0.001）對地下火陰燃蔓延速率的影響存在顯著差異，但二者交互作用對蔓延速率不存在影響。

由圖4可知，含水率0%和5%條件下，不同恢復(fù)程度的地下火陰燃峰值溫度相差較大。含水率0%時(shí)，恢復(fù)區(qū)的峰值溫度遠(yuǎn)高于半恢復(fù)區(qū)和未恢復(fù)區(qū)，與其均存在顯著差異；恢復(fù)區(qū)和半恢復(fù)區(qū)的峰值溫度相近。含水率5%時(shí)，半恢復(fù)區(qū)的峰值溫度最高，其次是恢復(fù)區(qū)，未恢復(fù)區(qū)最低。恢復(fù)區(qū)不同含水率峰值溫度隨含水率增加而降低，且3種含水率條件之間均存在顯著差異。含水0%和10%時(shí)蔓延速率較快，且二者不存在顯著差異；未恢復(fù)區(qū)蔓延速率最快，遠(yuǎn)高于半恢復(fù)區(qū)和恢復(fù)區(qū)，與其均存在顯著差異。

圖4 不同含水率和恢復(fù)程度對地下火陰燃峰值溫度和蔓延速率影響的對比分析Fig. 4 Comparative analysis of influence of different water contents and recovery degrees on smoldering peak temperature and spread rate of sub-surface fireNr：未恢復(fù)區(qū) Nonrestored area；R：恢復(fù)區(qū) Recovery area；Sr：半恢復(fù)區(qū) Semi recovery area.

2.3 地下火陰燃發(fā)生概率預(yù)測

基于Logistic回歸模型，根據(jù)風(fēng)災(zāi)區(qū)地下可燃物含水率（x1）和深度（x2）建立地下火陰燃發(fā)生概率預(yù)測模型（表1），結(jié)果表明，2個(gè)變量均通過顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），模型擬合效果較好（P＜0.01），且含水率和深度均與地下火發(fā)生概率（P）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（表1）。回歸方程如下：

表1 風(fēng)災(zāi)區(qū)地下火陰燃發(fā)生概率的Logistic回歸擬合Tab. 1 Logistic regression fitting of probability of sub-surface fire smoldering in wind disaster area

根據(jù)地下火陰燃發(fā)生概率模型預(yù)測地下火發(fā)生概率，繪制ROC曲線，曲線下面積AUC為0.917，說明模型預(yù)測精度高（圖5）。

圖5 地下火陰燃發(fā)生概率預(yù)測模型的ROC曲線Fig. 5 ROC curve of sub-surface fire smoldering probability prediction model

根據(jù)優(yōu)勢比結(jié)果可知，長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)地下可燃物深度（1.524）對地下火發(fā)生概率的影響略大于含水率（1.449）；在相同含水率下，深度每減少3 cm，地下火發(fā)生概率增加1.524倍；在相同深度下，腐殖質(zhì)含水率每降低5%，地下火發(fā)生概率增加1.449倍（表2）。

表2 地下火陰燃發(fā)生概率Logistic回歸的優(yōu)勢比①Tab. 2 Odds ratio of logistic regression of sub-surface fire smoldering occurrence probability

3 討論

室內(nèi)模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同恢復(fù)程度的地下火陰燃最高溫度為640.57 ℃，地下火陰燃是一個(gè)不完全燃燒過程（Reinet al.，2009），以往報(bào)道的燃燒峰值溫度一般在400～700 ℃之間（Huanget al.，2019；何誠等，2020），與本研究結(jié)果相符。長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)恢復(fù)區(qū)和未恢復(fù)區(qū)的地下火陰燃極限含水率為10%，半恢復(fù)區(qū)為15%。這是因?yàn)榛謴?fù)區(qū)是近年來才完全恢復(fù)起來的中幼齡林，地下可燃物積累較少，未恢復(fù)區(qū)主要以草地為主，地下可燃物呈棕黃色且富含有機(jī)物質(zhì)少；雖然極限含水均為10%，但是恢復(fù)區(qū)陰燃溫度和持續(xù)時(shí)間強(qiáng)于未恢復(fù)區(qū)。半恢復(fù)區(qū)是原始林未被完全摧毀且自然更新也未完全完成所形成的，地下可燃物是長時(shí)間積累富含有機(jī)物的腐殖質(zhì)，在高含水率條件下更易發(fā)生地下火并緩慢蔓延（Xuet al.，2018）；而且受風(fēng)災(zāi)影響，半恢復(fù)區(qū)林內(nèi)形成很多林窗，地表植被逐漸被雜草取代，容易形成地表火，甚至是樹冠火和地下火交織在一起發(fā)生的立體火場。雖然不同恢復(fù)程度的地下火陰燃在較高含水率條件下蔓延至近地表層（3～9 cm）后就自我熄滅，但是下層可燃物含水率高并不代表可以忽視地下火發(fā)生。地下火陰燃既可垂直方向蔓延也可水平方向蔓延（Huanget al.，2019；2015），雖然不能向下蔓延但有可能沿水平方向蔓延，且近地表層的地下可燃物受氣候和環(huán)境影響含水率較低（Wilkinsonet al.，2020），更利于地下火發(fā)生和蔓延；蔓延在近地表層的地下火更易轉(zhuǎn)變?yōu)榈乇砘?，形成二次火場。?dāng)然這還需通過更多試驗(yàn)研究驗(yàn)證。

恢復(fù)區(qū)、未恢復(fù)區(qū)、半恢復(fù)區(qū)地下火陰燃自我維持燃燒時(shí)間均隨含水率升高而增加，而熄滅用時(shí)則為含水率高時(shí)所需時(shí)間較短。地下火陰燃的整個(gè)過程是靠自身釋放熱量維持的（Ohlemiller，1985），含水率較高時(shí)燃燒釋放的熱量首先是蒸發(fā)可燃物中的水分，剩余熱量才用來完成燃燒（Reardonet al.，2007），故高含水率的燃燒時(shí)間長；而在自我維持燃燒過程中蒸發(fā)的水分會帶走一部分熱量（Possellet al.，2013），故高含水率時(shí)在熄滅過程中溫度下降所需時(shí)間短一些。對比分析結(jié)果可知，在含水率較低的0%和5%條件下，不同恢復(fù)程度的峰值溫度之間存在顯著差異；而在較高含水率條件下，不同恢復(fù)程度的峰值溫度之間不存在差異。正如上文所述，可燃物含水率高，燃燒釋放的熱量更多用于蒸發(fā)水分，而剩余熱量不能支持可燃物完全燃燒（Frandsenet al., 1987; Reinet al.,2009），所以不同恢復(fù)程度的陰燃溫度均較低且不存在差異；同時(shí)這也說明低含水率條件下陰燃的蔓延速率較快，因?yàn)椴恍枰鄷r(shí)間用于蒸發(fā)水分。值得注意的是，未恢復(fù)區(qū)的地下火陰燃溫度雖低，但蔓延速率最快，這是由于未恢復(fù)區(qū)以草地為主，地下可燃物中存在較多草本根系且材質(zhì)疏松（牛麗君等，2013），燃燒過程中可燃物的空隙大，氧氣也較充足，可加快地下火蔓延速率（Huanget al.，2017）。地下火陰燃是個(gè)極復(fù)雜的過程，對小尺度模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)來說，引入的影響因素越多，越難以定量分析陰燃特征（黃鑫炎等，2021），所以本研究在不同恢復(fù)程度下控制對陰燃特征影響最大的含水率變量。當(dāng)然地下可燃物的密度、理化性質(zhì)以及環(huán)境因素均可能影響地下火陰燃特征，這將是下一步研究重點(diǎn)。

地下火隱蔽性強(qiáng)，相關(guān)發(fā)生頻次、過火面積和持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)難以獲得（張吉利等，2018），對地下火的發(fā)生預(yù)測較難，而基于歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)是預(yù)測林火發(fā)生的重要方法（蘇漳文等，2019；顧先麗等，2020；高博等，2021），目前對地下火的發(fā)生預(yù)測通常使用間接因子來實(shí)現(xiàn)。含水率是決定地下火發(fā)生的重要因素（Mikalsenet al.，2019；Reardonet al.. 2009），深度也是體現(xiàn)地下火行為的一個(gè)重要指標(biāo)（Huanget al.，2017）。Logistic回歸模型具有較強(qiáng)普適性，被廣泛用于林火發(fā)生預(yù)測中（Ganteaumeet al.，2015；寧吉彬等，2021），本研究基于Logistic回歸模型，使用含水率和深度建立地下火發(fā)生預(yù)測模型，擬合效果和精度較好。當(dāng)然，可以用于林火發(fā)生預(yù)測的模型還有許多，之后會將更多模型引入地下火發(fā)生預(yù)測研究，探索出精度更高、實(shí)用性更強(qiáng)的地下火發(fā)生預(yù)測模型。

4 結(jié)論

本研究使用長白山風(fēng)災(zāi)區(qū)不同恢復(fù)程度的實(shí)際地下可燃物材料，通過室內(nèi)模擬點(diǎn)燒試驗(yàn)分析恢復(fù)區(qū)、未恢復(fù)區(qū)、半恢復(fù)區(qū)的地下火陰燃特征并對發(fā)生概率進(jìn)行預(yù)測，得出如下結(jié)論：當(dāng)恢復(fù)區(qū)、未恢復(fù)區(qū)、半恢復(fù)區(qū)的地下可燃物含水率大于10%、10%、15%時(shí)，地下火不能向下蔓延燃燒；3種恢復(fù)程度的地下火燃燒溫度較低且蔓延速率緩慢，其中恢復(fù)區(qū)和半恢復(fù)區(qū)的燃燒溫度較高，未恢復(fù)區(qū)的蔓延速率最快；建立的預(yù)測地下火發(fā)生的Logistic回歸模型精度較高，含水率越低和越靠近地表時(shí)越容易發(fā)生地下火。