[发明专利]一种基于能量平衡原理的草地火险评估方法

说明书

本发明公开了一种基于能量平衡原理的草地火险评估方法，所述评估方法如下：使用MODIS产品、DEM数据、气象数据、土地利用数据得到植被指数、叶面积指数、地表反射率、地表温度、地表发射率、气温、风速数据；对步骤一的数据进行计算得到净辐射量、土壤热通量、显热通量H；由能量平衡方程计算得到潜热通量λE，由显热通量H、潜热通量λE构建可燃物干燥指数，利用土地利用类型图提取草地数据，分析可燃物干燥指数在草地火险中的应用；本发明基于生物物理和能量平衡原理基础上的可燃物干燥指数，具有明确的生物、物理意义，方便发展和集成以后多种不同的火险模型；利用遥感和气象数据获取可燃物干燥指数所需参数，大大提高火险监测速度、范围和精度。

技术领域

本发明属于遥感、地理信息和林业火险监测评估技术领域，具体涉及一种基于能量平衡原理的草地火险评估方法。

背景技术

随着全球变暖趋势加剧，其直接导致的是未来全球发生的森林草原火灾将会增加，为此，迫切需要了解森林火草原火灾发生发展规律，开展草原火险预测预报，为森林草原的防灾减灾提供决策支撑信息。相对于森林，草原具有类型单一、生长过程高度均匀等特征，针对其特征应采用不同于森林火险预报的适用草原的火险预报方法。草原火险与草原的生长季节有着显著的关系，枯草期的草原火险主要由气象因子决定，生长期(初期，发育期、中期和晚期)的草原火险主要由草原的活可燃物的水分含量决定。

生态系统中活可燃物含水量(LFMC)是影响火灾易燃危险的关键因素，可燃物含水量和可燃物易燃性在燃烧过程中的逆相关性会导致热量的损耗而影响火的蔓延。Dennison等和Chuvieco等(2009)发现LFMC在圣塔莫尼卡山脉(加利福尼亚州)和西班牙大火中的显著影响，LFMC图是可燃物易燃空间连通性重要内容(低LFMC)，是火灾发生概率的主要影响因子。活可燃物水分含量与蒸腾作用的潜热和显热通量有着密切，本方法利用其关系构建基于生物物理原则与能量交换可燃物干燥指数(Fd)来监测草原植被生长季节的火险预报模型；利用遥感和气象数据获取可燃物干燥指数所需参数，大大提高火险监测速度、范围和精度。

根据能量平衡原理将遥感与生物特性相结合首次提出可燃物干燥指数用于草原火险监测，原理是太阳净辐射的强弱和作物蒸腾量的大小决定着叶片与空气温差的变化的特点，关于植物的蒸腾特性与抗旱性之间的关系研究表明，当植物水分供应充足时，有足够多的水分用于蒸发，蒸腾作用会使叶片温度冷却，导致叶片温度下降，并低于其蒸腾抑制时所能达到的温度，此时的显热通量(H)非常小；在干旱胁迫条件下，植物通过气孔的开闭来来调节植物的蒸腾耗水量的大小，细胞为了保卫失水，通过气孔部分关闭，增大气孔阻力，使蒸腾作用潜热(λE)减少，显热(H)增加，叶片温度相应上升，表明蒸腾作用是影响植被水分亏缺的主要因素，因此将显热和潜热相结合构建的可燃物干燥指数(F_d)具有明确的生物物理特征。基于能量平衡原理结合遥感(MODIS产品数据)与气象(温度、风速)数据反演出潜热和显热通量，大大提高了参数的估算精度与速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能量平衡原理的草地火险评估方法，构建基于生物物理原则与能量交换可燃物干燥指数(F_d)来监测草原植被生长季节的火险预报模型；利用遥感和气象数据获取可燃物干燥指数所需参数，大大提高火险监测速度、范围和精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于能量平衡原理的草地火险评估方法，所述评估方法如下：

步骤一：使用MODIS产品、DEM数据、气象数据、土地利用数据得到植被指数、叶面积指数、地表反射率、地表温度、地表发射率、气温、风速数据；

步骤二：对步骤一的数据进行计算得到净辐射量、土壤热通量、显热通量H；

步骤三：由能量平衡方程计算得到潜热通量λE，由显热通量H、潜热通量λE构建可燃物干燥指数，利用土地利用类型图提取草地数据，分析可燃物干燥指数在草地火险中的应用。