林草交错带可燃物含水率动态变化与火险预警关联性研究

林草交错带是森林与草原生态系统的过渡区域，具备气候与植被过渡性，生态敏感性强，是我国北方地区生态安全的重要屏障。受气候干旱、地形复杂及人类活动频繁等因素影响，该区域可燃物积累快，火灾风险持续上升。近年极端气象事件增多，使火灾呈现高频、多发、突发性强的特征。可燃物含水率是衡量植被可燃性的重要参数，直接影响火源引燃和火势蔓延，是火险评估与预警中的关键因子。然而，该指标受多种自然与人为因素综合作用，变化规律复杂，相关研究在林草交错带区域仍较薄弱。系统分析可燃物含水率的动态变化特征，并探讨其与火险等级的响应关系，对提升火灾监测预警能力、构建科学防控体系具有重要意义。

一、林草交错带可燃物含水率的动态变化特征

（一）林草交错带的可燃物分类与结构特征

林草交错带的可燃物主要分为三类：地表层、灌木层和乔木层。地表层可燃物主要包括草本植物（如针茅、羊茅、赖草）、枯枝落叶与苔藓，具有燃点低、干燥速度快、分布连续的特点，是引发初始火源的主要介质 ^[1]∘ 。灌木层可燃物（如锦鸡儿、胡枝子、柽柳）结构复杂，挥发性油脂含量高，容易在干燥条件下快速引燃。乔木层可燃物主要为针叶类树种（如樟子松、油松）及其林下层可燃物残留，对高强度火灾蔓延影响显著。

（二）含水率变化的时空特征分析

通过对内蒙古某地区与某坝上高原典型交错带区域 2022—2024 年逐月地面采样数据分析发现，可燃物含水率呈现明显的季节性动态变化。以地表草本可燃物为例，其含水率在春季（3–5 月）快速下降，最低可达 12.3% ；在夏季（6–8 月）受降水与高温双重影响，含水率波动增大，均值约为 35.6% ；进入秋季（9–10 月）再次显著下降。冬季由于冻结作用与积雪覆盖，含水率数据受限，但残留干物质仍具引燃风险。空间上，坡向对含水率影响显著，阳坡地段受太阳辐射强，含水率普遍低于阴坡 5%-8% ；同时，风口区域由于蒸散增强，含水率较周边区域下降 10% 以上。

（三）影响可燃物含水率的关键因素

森林火灾是全球范围内对生态系统和人类生活环境影响巨大的自然灾害之一，尤其在野外 - 城市交界域，森林火灾在对生态环境造成巨大破坏的同时，还严重威胁着人类的生命财产安全。当前我国的森林火险研究多集中在大兴安岭、横断山脉、云贵高原等大型林区 [2]。气温升高通常会加剧植被蒸散作用，导致水分损耗加快，从而降低可燃物的含水率；相反，相对湿度高的环境有助于可燃物吸湿并维持一定的含水水平。在持续干燥或少雨的气候条件下，可燃物极易干燥至临界点，形成高火险状态。

地形与土壤类型也在很大程度上调控着地表水分的空间分布。坡度较大或向阳的区域由于径流加快和光照增强，水分蓄积能力较差，植被更容易出现脱水现象；而平缓或背阴地段通常水分条件较好。土壤质地的差异也会影响水分保持时间和可供植被利用的水量，其中砂质土壤的保水能力普遍低于黏土，导致其上的可燃物更容易干燥。

植被自身的生理状态同样对含水率有显著影响。不同植物在生长季节对水分的吸收和传导能力存在变化，尤其在进入生殖期后，其地上部分对水分的调节能力减弱，表现在组织水分的流失速度加快。此外，林草交错带的植被结构复杂，不同植物之间的蒸散速率和水分利用效率差异明显，使得可燃物含水率在空间上呈现出高度不均的状态。

人为干扰因素，如过度放牧、林地开垦或机械破坏，会破坏地表植被覆盖，增加地表裸露面积，进而加剧水分蒸发与流失。这种干扰往往改变原有生态系统的水分循环模式，使得区域性含水率下降更加剧烈，也显著扩大了高火险区域的空间范围。

（四）监测技术与数据来源

可燃物含水率的动态监测可通过多源信息集成方式实现，以提升数据的全面性与时效性。常见的监测体系通常由地面观测、遥感数据处理和气象信息融合三个部分构成。地面观测可提供直接的含水率信息，是验证与校准其他数据的重要基础。遥感技术能够实现大范围、高频次的监测，尤其通过植被水分指数、热红外波段等参数，可间接推算植被水分状况，获取区域性含水率分布特征。气象信息则为含水率变化提供关键环境背景，包括温度、湿度、降水、风速等因素，在动态建模中具有重要权重。通过将遥感影像特征与气象因子进行数据融合，并结合历史地面监测结果，可构建具有区域适应性的分析模型，以支持含水率的时空分布推演和趋势预测。这种多源协同的监测方法有助于提高火险评估的精度和响应的及时性，尤其适用于地形复杂、变化迅速的林草交错带区域。

二、可燃物含水率与火险等级的关联性分析

（一）火险等级划分标准综述

我国当前森林与林草交错带地区的火险等级划分体系主要依据国家林草局发布的《森林火险等级标准》，按照火险严重程度划分为五个等级：Ⅰ级（极高火险）、Ⅱ级（高火险）、Ⅲ级（中火险）、Ⅳ级（较低火险）和Ⅴ级（无火险）。该标准以气象因子为主要依据，如气温、湿度、风速以及干旱指数（KBDI）等变量，主要反映大气环境对火险的影响。然而，在植被结构复杂、地表可燃物类型多样的林草交错带区域，单纯依赖气象因子进行火险等级判定存在局限，难以全面反映地面燃料状态对火险的直接贡献。相比之下，国际上较为成熟的森林火险评估体系，在指标设计上更注重燃料层湿度状况的考量，特别是通过引入可燃物湿度指数（如 FFMC 和 DMC），强化了对植被自身可燃性变化的刻画能力。这为我国林草交错带火险等级系统的科学完善提供了参考方向，特别是在多源因子整合与植被水分状态动态评估方面具有一定启发意义。

（二）含水率阈值与火险等级的响应关系

可燃物含水率是衡量植被燃烧潜力与火险等级的重要参数。在火险临界转变过程中，含水率的下降往往伴随着火源引燃概率的快速提升 [3]。尤其是在地表草本和灌木层植被中，当水分含量降至一定阈值以下时，轻微火源（如未熄灭烟头、雷击等）即可引发燃烧并迅速蔓延。不同植被类型的临界含水率存在差异，草本植物通常具备更低的含水率承受阈值，而木本灌丛或乔木下层枯枝则对干旱过程更为敏感，在连续缺水条件下亦可能成为火灾高发点。含水率对火险等级的响应机制呈非线性关系。当区域平均含水率下降至某一范围以下，火险等级将出现跃升式变化，表现为从较低等级向高等级快速转变。因此，在火险评估中，动态监测含水率变化趋势，识别临界拐点，对于火情发展趋势判断具有重要意义。通过阈值设定与监测预警联动机制，可提升早期预判与分级响应的科学性。

（三）多因素耦合模型构建

在实际火险评估中，单一因子往往无法全面反映火险变化趋势。可燃物含水率、气象要素（如温湿风）、地形条件（坡度、坡向）、植被结构等多种因素均对火险等级形成综合影响。因此，建立以含水率为核心变量、融合多类环境因子的耦合评估方法是提升预警精度的有效路径之一。这种模型方法强调变量间相互作用对火险等级的协同驱动效应。例如，高温低湿环境下的低含水率区域更易发生剧烈燃烧，而陡坡地带的风道效应则会加剧火势扩散。因此，构建多因素综合评估体系不仅有助于火险等级的精准划分，也为动态调整预警等级、优化资源配置提供科学依据。此类方法在林草交错带等复杂生态区域的适应性与应用潜力值得进一步拓展和优化。

（四）典型案例实证分析

在多起典型林草交错带火灾事件中，均可观察到火灾发生前期可燃物含水率快速下降的共同特征。干旱持续叠加高温天气，使得植被水分状况迅速恶化，草本与灌木可燃物由湿润状态转入高度易燃状态，极大提升了初火点的引燃概率与火势蔓延速度，特别是在连续高温干旱超过一周的情况下，火灾风险显著上升。在某些案例中，火险等级预警的时间窗口与实际火情发生时间较为接近，说明含水率动态变化对火险等级演变具有显著的前兆性。从中可以看出，基于含水率变化趋势进行风险预判不仅具备较强的时效性与预示性，还可用于精准锁定高危时段与重点区块。一旦监测系统能够识别含水率下降的速率、阈值接近状况与气象同步条件，即可实现高风险区域的预警提前部署与响应准备。案例经验也反映出，结合历史火情记录、气象背景及植被条件建立经验性响应模型，是推动火险管理精细化、智能化和响应机制前移的现实路径。

三、基于可燃物含水率的林草交错带火险预警机制优化

（一）火险预警机制现状评估

当前，林草交错带的火险预警体系普遍以传统气象模型为主，依托温度、湿度、风速等要素计算火险等级。这种“静态”火险等级发布方式大多以日尺度或旬尺度更新，缺乏对可燃物含水率等关键燃料状态指标的实时感知与反馈能力，导致预警的响应滞后与精度不足。部分地区由于地面数据覆盖不全或评估模型滞后，火险等级与实际燃烧风险不匹配，常出现预警未发而火已起的“空窗期”问题，严重制约了火灾防控效率。此外，现行机制多集中于林区，对交错带这种生态边缘地带的特殊风险未形成针对性机制，存在防控体系覆盖盲点。

（二）预警机制的优化设计思路

为了提升林草交错带火险预警的时效性与精度，建议构建以“实时含水率监测—动态火险指数评估—区域分级响应机制”为核心的多层次预警系统。其一，实时感知层可在重点区域布设微型传感节点，包括地表含水率监测仪、红外感温装置等，通过 LoRa、NB-IoT 或北斗等低功耗通信方式实现数据回传，形成空间覆盖密集、数据上传高频的监测网络 [4]。其二，分析决策层通过遥感影像反演提取植被水分状态、与地面实测数据融合输入多因子评估模型，结合气象预报与地形因子，动态推演火险指数变化趋势。其三，响应执行层根据模型输出的火险等级，联动应急响应机制，按风险等级自动推送预警信息，并激活相关管理措施，如临时封山禁牧、设立观察哨、部署巡查力量等，形成闭环式管理体系。

（三）可视化预警系统构建建议

基于空间信息技术构建数字化、交互式预警平台是提升火险信息传播效率的重要手段。该平台应嵌入火险风险图层与植被含水率图层，采用 GIS 引擎进行空间处理，支持分区域火险等级展示与自动更新功能。借助 Leaflet、ArcGIS Online等轻量化地图工具，可实现火险动态趋势曲线展示、风速风向叠加图可视化、关键区域预警等级动画演变等功能 。平台需设置权限分级入口，便于林草管理部门、基层管护站、应急部门与公众各类用户获取定制化信息。为实现基层快速响应，建议同步开发移动端应用程序（App）与微信小程序，实现含水率预警推送、风险地图浏览、应急联络信息查询等功能，确保火险信息能够精准、实时、高效地送达至责任人和公众。

总结：林草交错带作为我国生态安全屏障的重要组成部分，其火险形势日益严峻。本文通过梳理可燃物含水率的时空变化规律，分析其与火险等级之间的响应关系，指出含水率是火险评估中不可忽视的核心变量。研究强调，应在现有火险预警体系基础上引入可燃物含水率监测，构建“气象—植被—地形”多因子协同的动态预警机制，并强化技术支撑与基层响应能力。未来火险管理需向数据驱动、智能化、区域精细化方向发展，以提高林草交错带火灾风险管控的科学性与实效性。

参考文献

[1] 伊伯乐 . 呼伦贝尔地区森林草原火灾时空动态与燃烧特征研究 [D]. 内蒙古农业大学 ，2024.000078.

[2] 班擎宇 ， 杨辉 ， 张恒 . 中蒙边境林草交错区沟塘草甸可燃物无风条件下燃烧火行为模拟 [J]. 中南林业科技大学学报 ，2023，43（02）：27- 34.

[3] 莫凡 ， 郭慧 ， 裴顺祥 ， 等 . 野外 - 城市界域森林火险时空演变趋势及火险等级划分 [J]. 生态学报 ，2024，44（14）：6232- 6242.

[4] 李家宁， 李飞飞， 黄涛， 等. 火险遥感监测技术研究现状探讨[J]. 辽宁林业科技 ，2024，（04）：62- 65.

[5] 牛迪宇 ， 金凡琦 ， 宋坤杰 ， 等 . 贵州省森林火险气象服务现状及优化发展策略 [J]. 农业灾害研究 ，2024，14（12）：193- 195.