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妮可·m·艾伦•a .蒸机Vaillant而言,马克·a·芬尼, ”整合火行为模型和地理空间分析荒地火灾风险评估和燃料管理规划”,《燃烧我>, 卷。2011年, 文章的ID572452年, 19 页面, 2011年。 https://doi.org/10.1155/2011/572452
整合火行为模型和地理空间分析荒地火灾风险评估和燃料管理规划
文摘
林野火灾风险评估和燃料管理计划在美国联邦土地是复杂的问题,需要最先进的火灾行为建模和密集的地理空间分析。燃料管理是一个特别复杂的过程,其中的好处和潜在影响燃料的治疗必须在土地管理目标和公众期望的上下文。许多火灾行为指标,包括火灾蔓延,强度,可能性,和生态风险必须分析多个治疗选择。治疗的效果在野火的影响必须考虑多个尺度。过程是复杂的火灾行为缺乏数据集成模型、地理信息系统和弱联系,企业数据,和桌面办公软件。介绍我们的努力建立一个流线型的燃料管理计划和风险评估框架,和一个集成的系统设计和测试工具的燃料易燃荒地上治疗项目。
1。介绍
林野火灾风险评估和燃料管理活动已成为一个主要的活动在森林里服务的一部分,努力减少日益增长的金融和生态损失从灾难性的大火<一个href="#B1">1一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B4">4一个>]。举例来说,在2004年至2008年之间,44000年燃料处理实现整个美国西部的一部分国家消防计划(<一个href="#B5">5一个>),大部分这些国家森林土地上。火灾风险评估的重要性和燃料管理将继续城市扩张到荒地和气候变化影响火灾频率(<一个href="#B6">6一个>,<一个href="#B7">7一个>]。燃料治疗活动涵盖范围广泛的操作方法包括稀释(删除小树),(即机械处理的燃料。,米一个stication, grinding of surface and ladder fuels), and underburning to reduce both surface and canopy fuel to ultimately reduce the frequency of uncharacteristic wildfires [<一个href="#B8">8一个>]。特定的燃料处理项目的目标相差很大取决于生态环境自然火政权和值的空间格局视为风险。例如,一些治疗设计为局部燃料优惠减少火灾发生在高度重视社会和生态价值(<一个href="#B9">9一个>)而另一些人则是为了阻止火灾的蔓延在大型景观(<一个href="#B10">10一个>]。
火灾风险评估和设计燃料管理项目是困难的问题,特别是在联邦土地规划者必须遵循复杂的规划过程,解决多个土地管理目标(<一个href="#B4">4一个>,<一个href="#B11">11一个>,<一个href="#B12">12一个>]。公众期望从联邦土地管理近年来扩大到现在包括一个数组等生态服务的关键栖息地保护物种,饮用水,木制品,碳储存,风景和休闲机会。大森林大火继续威胁着许多这样的价值观,并显著改变燃料载荷未来需要有效降低火灾风险。
固有的风险评估和燃料管理规划的复杂性导致了快速增加火行为建模软件的应用研究和操作环境(<一个href="#B1">1一个>,<一个href="#B13">13一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B16">16一个>]。仿真模型通常用于描述火灾行为在特定的燃料和天气条件下,并检查的潜在有效性和生态影响燃料治疗项目。模型是用来研究火行为的尺度范围,从局部燃料类型(例如,“林分5-50公顷),大型景观(1000 - 50000公顷)。在当地和景观尺度上模拟多个火灾往往执行分析的不确定性与野火事件相关的时间、位置、强度和持续时间。在最近的研究包括NEXUS[火行为模型<一个href="#B17">17一个>森林植被)、火、燃料扩展模拟器(FVS-FFE) [<一个href="#B18">18一个>],F一个RSITE [<一个href="#B19">19一个>],Fl一个米Map [<一个href="#B20">20.一个>],BehavePlus [<一个href="#B21">21一个>],FSIM [<一个href="#B22">22一个>]。许多支持模型和软件用于评估合适的天气,燃料水分,和其他运行火行为模型所需输入变量(<一个href="#B23">23一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B26">26一个>]。由规划者和燃料专家操作应用程序的模型在土地管理组织担忧定量评估和映射的火灾风险的重要的社会和生态价值观,和燃料处理项目的设计,有多少,以及如何治疗表面和树冠燃料以满足荒地火灾管理目标。例如,火灾建模在治疗检查不同的稀疏政权(强度、粒度分布和物种)影响树冠火点火,火强度、postfire树死亡,野生动物栖息地、水土流失等因素。景观火蔓延模型是用于检查在燃烧燃料治疗模式如何改变空间模式概率和大的火势蔓延<一个href="#B27">27一个>]。
火行为建模软件的部署开发人员研究和应用社区主要是特别的,和战略建议,解决系统集成模型已经逐渐显现。而非空间火灾的现场应用行为模型(例如,BehavePlus)为单一燃料类型和常数天气条件相对简单,大规模的设计和评估风险评估和燃料管理活动需要更复杂的景观火灾建模完全理解燃料管理的潜在好处的建议(<一个href="#B28">28一个>]。景观建模的火灾风险日益预计所需的燃料处理规划者和获得资金在新联邦规划项目(<一个href="#B29">29日一个>]。规划过程必须考虑和评估多种治疗方案,以及累积影响人类和生态价值的范围内提出治疗领域(<一个href="#B30">30.一个>]。
上述问题和其他因素在火灾中创建了一个强劲的需求建模用户社区的综合建模系统来评估当前的火灾风险,并分析提出了燃料管理活动的潜在好处。火灾建模方法和燃料综合管理规划没有进化的速度一样火仿真模型,主要是因为集成问题是一个技术转让的问题超出了研究团体的范围。其结果是,许多火灾行为和支持植被模型开发没有一个简洁的理解业务上下文和约束应用程序管理社区内。
在这篇文章中,我们描述一个地理空间接口,集成了一个数量的火行为模型和促进他们的申请景观风险评估和燃料管理活动。虽然系统旨在专门解决我们国家森林野火风险问题,架构和分析框架与广泛的火灾风险管理问题在其他易燃地区。系统创建一个transscale接口应用各种模型在一个地理空间分析平台,消除了大量繁琐的数据转换和重复流程困扰的操作和研究团体将模型应用于解决燃料管理的问题。系统集成了地理信息系统(GIS)空间数据库、站和景观火行为模型、植被生长模型,开发和测试的流程,燃料替代治疗使用基于风险的度量。燃料管理系统使协作计划活动(<一个href="#B14">14一个>)发展的一个重要组成部分景观燃料跨公共和相邻的私人土地的治疗方案。我们描述了发展历史,核心火行为模型,并提供了示例应用程序的系统景观燃料计划和火灾风险评估。
2。审查现有的模型和信息系统
这项工作于2004年发起,特别审查现有的火灾行为建模和空间分析系统使用的燃料管理分析师。我们观察到森林服务计划团队在太平洋西北地区,西南和落基山区域(俄勒冈州、华盛顿、加州、蒙大拿和爱达荷州北部)和分析过程用于设计燃料处理项目在ca。1000 - 50000公顷的规模。我们评估火灾行为和植被模型的使用,和上下文(规模和目的),它们应用于规划过程。数据源、格式、输出和模型检查的其他方面的潜在贡献分析火灾风险和燃料管理问题。火行为模型都来自相同的血统的系统模型一维行为作为行火蔓延的一部分,包括传播率(<一个href="#B31">31日一个>)、火(形状<一个href="#B32">32一个>,<一个href="#B33">33一个>),发现火的距离(<一个href="#B32">32一个>],皇冠火蔓延速率(<一个href="#B34">34一个>,<一个href="#B35">35一个>]。这些模型包括联系(<一个href="#B36">36一个>森林植被)、火、燃料扩展模拟器(FVS-FFE) [<一个href="#B37">37一个>],F一个RSITE [<一个href="#B19">19一个>],Fl一个米Map [<一个href="#B38">38一个>],BehavePlus [<一个href="#B21">21一个>]。我们还研究了发表评论,整理、编目火行为模型和他们的实际应用<一个href="#B15">15一个>,<一个href="#B39">39一个>,<一个href="#B40">40一个>]。我们得出结论如下:(1)尽管存在众多火灾行为模型和描述他们审查论文,很少模型实际上是专为燃料开发管理计划;而是开发作为基本的火灾行为研究;(2)相对较少的现有的火灾行为模型可以很容易地用来解决特定风险评估和分析要求燃料管理项目;(3)每个火行为模式都有一个独特的数据输入和输出格式和这些数据并没有广泛使用的模型;(4)规划者需要站和景观火行为建模工具来测试站处方和景观效果的燃料处理包(<一个href="#B14">14一个>];(5)评论试图组织和分类模型包括火灾行为和植被模型,从来不是为了业务规划首先;(6)大多数燃料治疗项目有多个目标和约束,必须综合分析燃料和火行为;和(7)大部分的分析过程对燃料处理项目不涉及火灾行为建模,而是广泛的组织和处理的数据在GIS以满足更广泛的资源分析项目的需求。我们专门发现软件的基础广泛的风险评估和燃料管理计划任务是ArcMap (ESRI,雷德兰兹CA)地理信息系统。此外,我们发现一个健壮的开发环境在ArcMap [<一个href="#B41">41一个>],被一些分析师杠杆定制系统项目计划。微软办公软件(访问和Excel)也是组织中的一个重要组成部分,为运营项目的数据分析。这些和其他观察让我们提出,开发和部署一个系统(“ArcFuels”)的综合空间分析在ArcMap和火行为的建模工具。这项工作并没有解决许多火灾行为模型的局限性和批评所使用的燃料管理社区(<一个href="#B42">42一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B44">44一个>),而是专注于用户的需求,更好的整合数据和模型简化规划框架内。
2.1。选择火行为模型的描述、功能和局限
如上所述,大多数火灾行为模型用于燃料管理规划来自相同的血统的系统模型一维火行为作为传播的一部分,行火(<一个href="#B31">31日一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B33">33一个>,<一个href="#B35">35一个>,<一个href="#B45">45一个>]。所有上述模型链接或集成(或两者)Rothermel的<一个href="#B35">35一个>)模型预测表面和树冠火的蔓延与VanWagner [<一个href="#B34">34一个>,<一个href="#B46">46一个>)和斯科特的(<一个href="#B47">47一个>]树冠火过渡以各种方式和传播模型,并提供输出的几个火行为特征(例如,火势蔓延,火线强度,和皇冠火活动)。深入讨论这些模型及其局限性可以发现在最近的一些论文<一个href="#B40">40一个>,<一个href="#B42">42一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B44">44一个>]。火效应模型的上下文中也很重要燃料管理计划,和用于检查燃料管理建模活动的潜在影响和火的树死亡率、碳、土壤、和其他生态系统服务<一个href="#B13">13一个>,<一个href="#B48">48一个>- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -<一个href="#B51">51一个>]。此外,一些辅助程序是用于确定适当的天气输入(<一个href="#B26">26一个>]。虽然许多火行为的模型有一些独特的功能和上下文,我们集中我们的努力整合两个综合火灾建模系统(FVS-FFE和FlamMap)一起提供所需的分析能力解决一系列广泛的燃料管理问题。这两个系统的核心功能是下面描述,包括详细描述火灾行为预测的基础。所有的火灾模型的完整列表链接在ArcFuels,描述他们的应用程序和选择的案例研究,介绍了表<一个href="//www.newsama.com/journals/jc/2011/572452/tab1/" target="_blank">1一个>。
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| N / A表示不可用。 |
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2.1.1。FlamMap
FlamMap计划曾被芬尼(描述<一个href="#B20">20.一个>和下面的描述采用的纸。我们还讨论FlamMap输入,输出,和类型的应用程序。FlamMap是一种广泛使用的景观火行为模型研究人员和燃料处理规划者在美国联邦土地管理机构。该计划最初开发燃料装载空间变化,燃料水分,风速、风向来计算景观火行为。FlamMap利用同一套网格空间输入FARSITE [<一个href="#B19">19一个>仿真系统。网格空间的输入包括八个主题描述燃料树冠特征、表面燃料模型和地形景观(LCP)组合成一个二进制文件(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jc/2011/572452/fig1/" target="_blank">1一个>)。树冠燃料被冠体积密度,郁闭,高度住皇冠,平均高度。表面燃料燃料描述模型(<一个href="#B52">72年一个>,<一个href="#B53">73年一个>],描述生活和死亡的燃料的载油量(按大小类),表面积与体积比为生活和死去的燃料,燃料床深度,灭绝的水分和热量的内容。燃料模型分为团体根据火灾的主要载体(草,草和刷,刷,木材与营养的林下叶层,木材垃圾,和削减)。每个分类然后有子分类主要基于载油量的燃料类和典型的火灾行为描述为每个燃料模型。例如TL1 (timber-litter 181或低负载紧凑针叶树垃圾)代表一个燃料模型,火是紧凑的森林凋落物的主要载体与浅燃料床深度和减缓火势蔓延的特点。燃料模型是在字段中选择使用指南或从数据源获得如Landfire [<一个href="#B54">74年一个>]。