研究地点设置于广西凭祥的中国林业科学研究院热带林业试验中心实验林场（22°10′N，106°42′E），位于南亚热带季风气候区，属湿润半湿润气候。林场内水热资源丰富，干湿季节明显。极端最高气温40.4 ℃，极端最低气温-2.1 ℃。冬季最冷的1 月平均12.8 ℃，夏季最热的7、8 月平均28.3 ℃。地貌多为低山丘陵，土壤为砖红壤。林场内主要林分类型有马尾松人工林、Pinusmassoniana、马尾松- 石栎Lithocarpus pasania 混交林、马尾松- 红锥Castanopsis hystrix 混交林、大叶栎Quercus griffithii 纯林。

图1a～ e分别展示了不同林龄马尾松人工林林火蔓延速度模拟值与观测值的对比情况。从整体来看，各林分的模拟值与观测值的散点都比较均匀的分布于y=x 的直线两侧，表明经过负载量加权后计算的蔓延速率效果较好，各林分平均相对误差分别为8.55%（10 a）、11.35%（18 a）、11.26%（20 a）、18.39%（30 a）和12.76%（50 a），对于10 a 马尾松林分的拟合效果最好，而对于30 a林分的拟合效果最差，由图还可以看出，同一林分内，当蔓延速率逐渐变大时，拟合度会有所下降，这是因为当蔓延速率增大后，火强度和火焰高度会相应增大，对于蔓延速率的贡献度会增大，而负载量的贡献度会有所下降，单纯地使用负载量加权进行模拟会对模拟精度带来一定干扰，但所有结果仍处于可接受范围内。

图1 不同林型林火蔓延速率模拟值与观测值比较
Fig.1 Comparison of predicted and observed values of ROS in different forests

图2a～ e分别展示了不同林龄马尾松人工林林火火线强度模拟值与观测值的对比情况。从整体来看，各林分的模拟值与观测值的散点都略高于y=x 直线，表明经过负载量加权后计算的火线强度偏高，各林分平均相对误差分别为24.98%（10a）、25.08%（18 a）、25.00%（20 a）、29.34%（30a）和24.78%（50 a），对于50 a 马尾松林分的拟合效果最好，而对于30 a 林分的拟合效果最差，还可以看出，对于火线强度的拟合同样有随着强度增大而偏差增大的趋势，这是因为在Rothermel模型中，可燃物床的设定为多孔连续均质型，随着火线蔓延速度的加快和火焰高度的增加，火线强度也随之提高，近似于线性，而点烧试验中，可燃物床并非完全均质，连续性也低于理想状态，火线强度的增速会略低。

图3a ～ e分别展示了不同林龄马尾松人工林林火火焰高度模拟值与观测值的对比情况。从整体来看，火焰高度的模拟值与观测值所定位的散点随着林龄的增大，分布位置逐渐从y=x 直线两侧向右下方偏移，50 a 林分的散点基本已全部移至直线下方，这是因为随着林龄的增大，地表1 h和10 h 可燃物增多，这两类可燃物属于细小可燃物，对于火焰高度的贡献度比100 h 可燃物要大，但负载量权重要低于100 h 可燃物，造成模拟结果低于实际观测结果。各林分平均相对误差分别为7.51%（10 a）、8.74%（18 a）、14.07%（20 a）、26.74%（30 a） 和25.06%（50 a）， 对于10 a 马尾松林分的拟合效果最好，而对于50 a 林分的拟合效果最差，在广义Rothermel 模型的基础上，通过可燃物负载量加权后的模拟结果与点烧试验的观测结果相比较，有一定偏差，对于林火蔓延速度的拟合对最好，对于火线强度的模拟值偏高，而对于火焰高度的模拟值随林龄增大逐渐降低，但总体来说，拟合结果较理想。说明Rothermel 扩展模型通过负载量加权后，预测效果较好，可用于桂西南地区马尾松潜在林火行为特征计算。

图2 不同林型林火火线强度模拟值与观测值比较
Fig.2 Comparison of predicted and observed values of fireline intensity in different forests

图4～图6为各林龄马尾松人工林在不同风速下地表火蔓延速度、火线强度和火焰长度的变化趋势。不同林龄马尾松地表火行为随风速增加，其火行为指标也呈线性增加，且3 个指标参数值的排序基本一致，即20 a 马尾松人工林（P3）的火行为参数要高于其他林分，其地表火蔓延速度在无风状态下（6.1 m 处风速为0 m/s）就达到了3.8 m/min（图4），火线强度达到了228 kw/m（图5），当风速增大到5 m/s 时，P3 林型的地表火蔓延速度开始增至3.9 m/min，火线强度也升至234kw/m，当风速增大至30 m/s 时，P3 林型的地表火蔓延速度为6.1 m/min，火线强度为367 kw/m，分别为P5 林型的1.69 倍和1.76 倍，除了受坡度影响外，地表可燃物床厚度教高也是导致该林分地表火燃烧更迅速的重要原因之一。

50a马尾松人工林（P5）的各项火行为参数均处于最低值，但仍呈现为随风速增加而线性提高的趋势。各林分在风速较低时，地表火蔓延速度和火线强度增益不显著，是因为地表可燃物床在未点燃时仍含有一定水分，其预燃烧过程教长，可燃物含水量降低速度较慢，而当风速较大时，火焰会受风速影响被拉长，未点燃可燃物床在被点燃之前就会受到火焰炙烤，高温可使其含水量迅速降低，一经点燃，便可迅速进入明火燃烧阶段；同时，经模拟发现火面强度、反应强度和点燃可能性这3 个指标不受风速影响。

图3 不同林型林火火焰高度模拟值与观测值比较
Fig.3 Comparison of predicted and observed values of fire length in different forests

图4 不同风速下各马尾松林可燃物模型地表火蔓延速度
Fig.4 Pinus massoniana plantation surface ROS with different wind speeds

图5 不同风速下各马尾松林可燃物模型地表火线强度
Fig.5 Pinus massoniana plantation surface fireline intensity with Different wind speeds

各林型地表火焰长度随风速增加而提高，但提高幅度不明显，风速在0 ～ 5 m/s 区间内，火焰长度变化不大，这是因为地表火焰长度更大程度上受坡度影响，林冠上方6.1 m 处风速对于地表火焰长度的贡献度有限，与树冠火焰蔓延速度和火焰长度的相关性更大。

图6 不同风速下各马尾松林可燃物模型地表火焰长度
Fig.6 Pinus massoniana plantation surface fire length with different wind speeds

图7分别展示了不同风速下，各林龄马尾松人工林由地表火向树冠火的转化率（a）以及主动树冠火的发生率（b）。根据BehavePlus 对于转化率的定义，当转化率≥ 1 时，地表火的燃烧强度和火焰高度便足以使其在垂直方向上延伸，从而点燃树冠形成树冠火；而当发生率≥ 1 时，某一株乔木树冠上的火焰强度和高度便足以使其蔓延至周边（最近）的一株乔木树冠，从而使树冠火蔓延，形成遍燃树冠火；若发生率＜ 1，但转化率≥ 1 时，可以形成树冠火，但难以蔓延，此时树冠火的状态一般为间歇型，若转化率＜ 1，而时发生率≥ 1 时，地表火难以向上蔓延形成树冠火，但树冠有可能在特定条件下（雷击、飞火等）被点燃并蔓延，此时树冠火的状态可定义为条件树冠火。

图7 不同风速下各马尾松林可燃物模型树冠火转化率（a）和主动树冠火发生率（b）
Fig.7 Pinus massoniana plantation transition ratio form surface fire to crown fire (a) and active crown fire ratio (b)

由图7（a）可见，各林龄马尾松人工林的树冠火转化率随风速增大呈线性增加，P1 和P2 林分在无风状态下，转化率便已达到1 以上；P4 和P5林分的树冠火转化率会随风速增加而增加，但最大为0.8；P2 林分在风速超过20 m/s 时，其转化率会超过1。图7（b）显示，P3 林分随风速增大，其主动树冠火发生率显著提升，其他林分则提升缓慢，增幅基本一致，均是在10 m/s 左右提升至1。

由图8可知，各林龄马尾松人工林树冠火的蔓延速度和火焰长度均与风速呈正相关关系，P3林分的指标随风速增加而提高的幅度最大，可知，在20 a 马尾松人工林（P3）发生大火时，因其蔓延速度快，火焰长度大，且由于20 a 马尾松人工林通常密度较大，单位面积里株数较多，导致树冠火强度也随风速迅速提高，可造成极大面积的林分重度受损，并对扑救人员带来严重的人身安全威胁，故在大风季节（月份），应对20 a 左右林龄的马尾松进行有针对性的林火管理，严防其发生森林大火；树冠火蔓延速度和火焰长度增幅最低的为P5 林分，是因为老龄马尾松人工林会因人工抚育等手段而降低林分密度，造成火焰的传播途径非连续，但由于50 a 马尾松树干和针叶均含有丰富的油脂，其燃烧时所产生的火烧强度（图9）并非最低，在进行林火管理时，应有意识地切断其树冠火的传播途径，并且在扑救时，采用粉剂或沙土，对其燃烧点进行有效阻燃。

森林火灾对于森林生态系统内动植物的灼烧是其最直接的影响形式，火面强度是评估林火灼烧烈度的重要指标。对火强度进行量化评估，结合火烧后马尾松林土壤性质和林分结构变化情况，可探明不同强度火烧对于土壤团聚体和原生土粒数量的影响，从而阐明火烧对土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的干扰，以及对持水量的扰动，可预测不同强度火烧对马尾松人工林的影响贡献度和影响机制。

图8 不同风速下各马尾松林可燃物模型树冠火蔓延速度（a）和树冠火焰长度（b）
Fig.8 Pinus massoniana plantation crown ROS (a) and crown fire length (b)

图9 不同风速下各马尾松林可燃物模型树冠火线强度
Fig.9 Pinus massoniana plantation crown fire intensity

各林分可燃物床点燃后火面强度在3 455 ～3 599 kJ/m² 范围内变化（表2），各林分相差不明显，P4 和P5 林分地表火强度阈值较高，是因为这两种林型林内灌木较其他林分更少，垂直方向的可燃物分布呈不连续状，地表可燃物被点燃后，向上传播途径受到阻碍，若非地表火强度达到一定值，否则很难向上传播引燃树冠；P1 和P2 林分树冠火蔓延阈值较高，是因为这两种林型林冠容重较低，且由于林龄较小，叶片含水量较其他林分更高，树冠火传播过程中，叶片烘干所需要的火强度更高；整体来看，P3林分引燃树冠火并蔓延形成遍燃树冠火的概率最大，因此，在进行林火管理时，要尤其注意防止其发生遍燃树冠火，从而避免更大程度的林木受损。

表2 各马尾松林可燃物模型火行为及类型†
Table 2 Pinus massoniana plantation potential fire behavior and fire types of the fuel models