周濤　曲智林　　　　　李傳明

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)　　　　(吉林省天橋嶺林業(yè)局)

?

落葉松林地表細(xì)小可燃物含水率主要影響因子1)

周濤曲智林李傳明

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)(吉林省天橋嶺林業(yè)局)

摘要以大興安嶺林區(qū)落葉松林地為研究對(duì)象，利用相關(guān)分析和通徑分析方法，分析無(wú)降水條件下，落葉松林地表細(xì)小可燃物含水率變化與相對(duì)濕度、氣溫和風(fēng)速間的相關(guān)關(guān)系和途徑。結(jié)果表明：可燃物含水率變化與前2時(shí)刻的相對(duì)濕度、氣溫、前3時(shí)刻的風(fēng)速相關(guān)性最大；可燃物含水率的變化受前1時(shí)刻含水率的直接影響最大，相對(duì)濕度次之，氣溫和風(fēng)速的影響較小。

關(guān)鍵詞相關(guān)分析；通徑分析；可燃物含水率

分類號(hào)S726.3

Impact Factors of Fine Fuel Moisture in Larch Forest Surface

Zhou Tao, Qu Zhilin

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China); Li Chuanming(Tianqiaoling Forest Bureall of Jilin Province)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(3)：86-88.

We studied the correlation between surface fine moisture and temperature, relative humidity, wind speed of non-rainfall larch forest in Daxing’an Mountain by using correlation analysis and path analysis. The correlation is the most maximum between moisture and temperature before 2 h, relative humidity before 2 h, and wind speed before 3 h. The influence of moisture by that before 1 h is the greatest, followed by relative humidity, temperature and wind speed.

KeywordsCorrelation analysis； Path analysis； Fuel moisture content

可燃物含水率是林火預(yù)報(bào)研究中的一個(gè)主導(dǎo)因素，它的大小決定林火發(fā)生的難易程度，有關(guān)學(xué)者對(duì)大興安嶺林區(qū)的可燃物含水率進(jìn)行了大量的研究。劉自強(qiáng)等[1]對(duì)大興安嶺林區(qū)可燃物含水率與燃燒值的關(guān)系進(jìn)行了研究，表明可燃物燃燒值的高低與其含水率的大小成反比。戚大偉等[2]研究了可燃物著火含水率閾值的測(cè)定方法及其與氣象因子的關(guān)系。于宏洲等[3]應(yīng)用時(shí)滯平衡含水率法和氣象要素回歸法，以每小時(shí)為步長(zhǎng)構(gòu)建大興安嶺興安落葉松地表可燃物含水率預(yù)測(cè)模型，并分析了不同郁閉度林分的預(yù)測(cè)誤差。目前平衡含水率法、氣象要素回歸法、遙感估測(cè)法和過(guò)程模型法是目前最主要的研究方法[4-9]。已有的研究表明氣象因子是影響可燃物含水率變化的主要影響因素[5-6]，因而研究不同氣象要素對(duì)可燃物含水率影響的貢獻(xiàn)和途徑具有重要意義。對(duì)于不同林分類型，地表細(xì)小可燃物含水率的主要影響因素貢獻(xiàn)略有不同。而落葉松林是大興安嶺林區(qū)主要的林分類型，研究落葉松林地表細(xì)小可燃物含水率的變化規(guī)律對(duì)于大興安嶺林區(qū)林火預(yù)報(bào)具有重要意義。因此，本文運(yùn)用通徑分析的方法，分析落葉松林地表細(xì)小可燃物含水率的主要影響因子，以及對(duì)可燃物含水率影響的貢獻(xiàn)和途徑，以便為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)可燃物含水率的變化規(guī)律。

1研究方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)位于黑龍江省南甕河生態(tài)站。該區(qū)為大興安嶺支脈，屬低山丘陵地貌，海拔為500～800 m，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫-3 ℃，最高36 ℃，最低-48 ℃，主要樹種以興安落葉松為主，可燃物以凋落松針為主。研究區(qū)林地內(nèi)設(shè)置的試驗(yàn)樣地，觀測(cè)儀器每小時(shí)自動(dòng)收錄觀測(cè)的各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)數(shù)據(jù)主要包括氣溫、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速、含水率。本文所使用的數(shù)據(jù)為2015年5月25日12時(shí)—2015年6月25日17時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理利用SPSS和Excel軟件完成。

1.2模型建立

降水對(duì)可燃物含水率的變化有明顯的影響，而降水量與可燃物含水率之間的關(guān)系比較復(fù)雜，本文建立的模型和使用的方法均基于無(wú)降水的情況。由于氣象因素對(duì)平衡含水率有較大的影響，因此，選取特定時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行分析。

通徑分析是在多元回歸分析的基礎(chǔ)上，將相關(guān)系數(shù)分解為直接通徑和間接通徑，常用于分析自變量間不是相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)關(guān)系，通過(guò)直接通徑和間接通徑來(lái)說(shuō)明自變量對(duì)因變量的影響結(jié)果[10-12]。通徑分析模型一般形式：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2結(jié)果與分析

2.1相關(guān)分析

由于氣象因子與當(dāng)前時(shí)刻含水率之間的相關(guān)性存在一定得滯后，即t時(shí)刻可燃物含水率與t-k1時(shí)刻的氣溫、t-k2時(shí)刻的空氣相對(duì)濕度、t-k3時(shí)刻的風(fēng)速的相關(guān)性最大。因此，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)和公式(3)計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻含水率與不同時(shí)刻的相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速之間的相關(guān)系數(shù)(見表1)。

由表1可知，當(dāng)前時(shí)刻含水率與相對(duì)濕度的相關(guān)性為正，與氣溫、風(fēng)速的相關(guān)性為負(fù)，并且與前2時(shí)刻的相對(duì)濕度和氣溫、前3時(shí)刻風(fēng)速的相關(guān)性最大，因此，利用當(dāng)前時(shí)刻的可燃物含水率和前2時(shí)刻的相對(duì)濕度和風(fēng)速、前3時(shí)刻的氣溫，根據(jù)公式(1)計(jì)算各變量間的相關(guān)系數(shù)(見表2)。由表2可知，前2時(shí)刻相對(duì)濕度和風(fēng)速、前3時(shí)刻氣溫間的相關(guān)系數(shù)較大，說(shuō)明各氣象因子間存在較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，即各變量間并非相互獨(dú)立，從而含水率與各氣象因子間的相關(guān)關(guān)系并非這些變量間的本質(zhì)關(guān)系，因此下文利用通徑分析方法分析各氣象因子對(duì)可燃物含水率影響的貢獻(xiàn)和途徑。

表1　當(dāng)前時(shí)刻含水率與不同時(shí)刻相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)

表2當(dāng)前時(shí)刻含水率、前2時(shí)刻相對(duì)濕度和風(fēng)速、前3時(shí)刻氣溫間的相關(guān)系數(shù)

2.2氣象因子與含水率的通徑分析模型

在只考慮氣象因子的情況下，根據(jù)上述討論，令y為當(dāng)前時(shí)刻含水率，x1為相對(duì)濕度，x2為氣溫，x3為風(fēng)速。由直接通徑系數(shù)值的大小與標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)相等，因此，可通過(guò)逐步回歸分析方法求得關(guān)于氣象因子與含水率的多元回歸模型(見表3)。通過(guò)對(duì)各模型中的變量進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn)，并得到直接通徑系數(shù)(見表4)。

表3　氣象因子選取的逐步回歸分析

由表3和表4可知，模型3為同時(shí)選取相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速作為自變量時(shí)，得到的多元回歸模型，且P等于0，說(shuō)明模型3在5%的置信區(qū)間上是顯著的，因此得到關(guān)于氣象因子與含水率的通徑分析模型為：

(6)

利用表2中各變量間的相關(guān)系數(shù)對(duì)模型(4)進(jìn)行求解得通徑系數(shù)(見表5)。

表5當(dāng)前時(shí)刻含水率與相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速間的通徑系數(shù)

因 子相對(duì)濕度氣溫風(fēng)速總影響相對(duì)濕度0.642-0.090-0.0440.508氣溫-0.4420.1310.043-0.268風(fēng)速-0.3290.0640.087-0.178

2.3氣象因子、前1時(shí)刻含水率與含水率的通徑分析模型

考慮當(dāng)前時(shí)刻含水率的變化受前1時(shí)刻含水率的影響較大，利用偏相關(guān)系數(shù)公式(4)、(5)求得兩者的偏相關(guān)系數(shù)為0.954，說(shuō)明兩者存在極大的線性相關(guān)關(guān)系。因此，令y為當(dāng)前時(shí)刻含水率，x1為相對(duì)濕度，x2為氣溫，x3為風(fēng)速，x4為前1時(shí)刻含水率。通過(guò)逐步回歸分析得到關(guān)于氣象因子、前1時(shí)刻含水率與當(dāng)前時(shí)刻含水率的多元回歸模型(見表6)，對(duì)各模型中的變量進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn)，并得到直接通徑系數(shù)(見表7)。

表6　氣象因子、前1時(shí)刻含水率選取的逐步回歸分析

表7　逐步回歸模型各變量的參數(shù)檢驗(yàn)

由表5和表6知，當(dāng)選取前1時(shí)刻含水率和相對(duì)濕度作為自變量時(shí)得到模型2，此時(shí)前1刻含水率和相對(duì)濕度在5%置信區(qū)間上顯著，因此得到通徑分析模型：

(7)

利用表2中各變量間的相關(guān)系數(shù)對(duì)模型(7)求解，得到通徑系數(shù)(見表8)。

表8當(dāng)前時(shí)刻含水率與相對(duì)濕度、前1時(shí)刻含水率的通徑系數(shù)

因 子相對(duì)濕度前1時(shí)刻含水率總影響相對(duì)濕度0.0420.4660.508前1時(shí)刻含水率0.0210.9450.966

3結(jié)論與討論

在無(wú)降水情況下，落葉松林內(nèi)地表細(xì)小可燃物含水率變化值，受前1時(shí)刻含水率值和前2時(shí)刻的相對(duì)濕度值、氣溫值和前3時(shí)刻風(fēng)速值的影響。其中：前1時(shí)刻含水率值和前2時(shí)刻相對(duì)濕度值為主要影響因子。說(shuō)明無(wú)降水條件下，利用通徑分析研究大興安嶺林區(qū)落葉松林地表細(xì)小可燃物含水率的主要影響因子是可行的。而對(duì)于不同的林分類型，地表細(xì)小可燃物含水率的主要影響因子和貢獻(xiàn)有很大區(qū)別，這將是我們今后研究的內(nèi)容。由于數(shù)據(jù)是在野外采集的，受隨機(jī)影響較大，尤其是試驗(yàn)數(shù)據(jù)受降水的影響很大，這對(duì)本研究的精度帶來(lái)一定的偏差。

參考文獻(xiàn)

[1]劉自強(qiáng),李曉峰,王相會(huì).大興安嶺森林可燃物發(fā)熱量的測(cè)量及其和含水率關(guān)系的研究[J].森林防火,1993(2):3-7.

[2]戚大偉,王德洪,劉自強(qiáng).大興安嶺森林可燃物著火含水率閾值測(cè)定及其與氣象因子的關(guān)系[J].森林防火,1994(2):73-75.

[3]于宏洲,金森,邸雪穎.以小時(shí)為步長(zhǎng)的大興安嶺興安落葉松地表可燃物含水率預(yù)測(cè)模型[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(6):1565-1571.

[4]劉曦,金森.平衡含水率法預(yù)測(cè)死可燃物含水率的研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(12):126-133.

[5]曲智林,李昱華,閔盈盈.可燃物含水率實(shí)時(shí)變化的預(yù)測(cè)模型[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,38(6):66-67.

[6]曲智林,吳娟,閔盈盈.具有時(shí)滯的可燃物含水率預(yù)測(cè)模型[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,40(3):120-122.

[7]TOOMEYMA，VIERLINGLA.Multispectralremotesensingoflandscapelevelfoliarmoisture:techniquesandapplicationsforforestecosystemmonitoring[J].CanadianJournalofForestResearch,2005,35(5):1087-1097.

[8]YEBRAM,CHUVIECOE,RIAOOD.Investigationofamethodtoestimatelivefuelmoisturecontentfromsatellitemeasurementsinfireriskassessment[J].ForestEcologyandManagement,2006,234(S)：32.doi:10.1016/j.foreco.2006.08.048.

[9]MATTHEWSS.Aprocess-basedmodeloffinefuelmoisture[J].InternationalJournalofWildlandFire,2006,15(2):155-168.

[10]CYPRIEN M, KUMAR V. Correlation and path coefficient analysis of rice cultivars data[J]. Journal of Reliability and Statistical Studies,2011,4(2):119-131.

[11]敬艷輝,邢留偉.通徑分析及其應(yīng)用[J].統(tǒng)計(jì)教育,2006(2):24-26.

[12]BHATT G M. Significance of path coefficient analysis in determining the nature of character association[J]. Euphytica,1973,22(2):338-343.

收稿日期：2015年10月16日。

第一作者簡(jiǎn)介：周濤，男，1989年5月生，東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，碩士研究生。E-mail:1410101878@qq.com。通信作者：曲智林，東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，教授。E-mail:q_zhilin@nefu.edu.cn。

1)林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404402)；黑龍江省博士后科研啟動(dòng)金資助項(xiàng)目(LBH-Q12175)。

責(zé)任編輯：王廣建。