《Science of The Total Environment》：Closer-to-nature pyro-silviculture mitigates crown fire potential in dry mountain conifer forests
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本文针对气候变化下陡坡干旱针叶林树冠火风险加剧的问题，提出并验证了一种基于火行为物理学的近自然火生态林业技术。研究通过构建双级林窗网络改变林分空间结构，采用WFDS模型模拟显示该处理使火蔓延速率(ROS)降低11.9%，热释放率(HRR)减少约2/3，有效促进树冠火向地表火转化。这项研究为山地森林抗火能力提升提供了创新性解决方案。
在欧洲西南部阿尔卑斯山区，干旱针叶林正面临着日益严重的树冠火威胁。随着气候变化的加剧，持续干旱和焚风效应的强化使得这些生长在陡坡上的森林生态系统变得异常脆弱。传统的均匀疏伐措施在陡峭地形上往往效果不彰，因为它们难以有效阻断风力、坡度和易燃树冠燃料之间的协同作用，而这种协同作用正是驱动树冠火传播的关键因素。
在这一背景下，都灵大学的研究团队在《Science of The Total Environment》上发表了一项创新性研究，提出了一种名为"近自然火生态林业"的新型经营策略。该研究基于火行为物理学原理，通过在40公顷的林地上实施特殊的林分结构改造，旨在降低陡坡干旱欧洲赤松林的树冠火潜力。
研究团队采用的核心技术方法包括：基于野外调查的林木空间定位和测树因子测量，使用QGIS和R进行空间结构分析，以及应用Wildland-urban interface Fire Dynamics Simulator (WFDS)进行火行为模拟。特别值得注意的是，研究在三个1公顷的实验样地上进行了详细的预处理和后处理数据采集，包括树木坐标、胸径(DBH)、树高(TH)、冠基高(CBH)和冠幅等指标，为WFDS模拟提供了精确的输入参数。
4.1. 非空间度量结果
处理显著改变了林分结构，使树木密度降低44.7%，断面积减少39.7%，蓄积量下降38.8%。平均胸径和冠基高分别增加4.4%和3.4%，表明处理后保留了更多大径级和抗火性强的树木。
4.2. 空间度量结果
4.2.1. 水平结构变化
配对相关函数分析显示，处理后树木聚集度增加，特别是在短距离(<10米)内。最近邻体距离(DNN)分析证实处理有效将大树群分割为小树群，裸地面积在4米、8米和12米距离阈值上分别增加112%、97%和42%。无人机正射影像分析显示冠层盖度平均降低38%。
4.2.2. 垂直结构变化
处理对垂直结构的影响较为复杂。虽然平均树高增加3.2%，但高度分化指数(HDI)显著降低，表明相邻树木之间的高度差异减小，这有助于减少垂直可燃物连续性。
4.3. 火行为结果
4.3.1. 火蔓延速率
处理后平均火蔓延速率(ROS)降低11.9%，在16米高度处的降低最为明显(-13.5%)，表明林冠层的火蔓延受到有效抑制。
4.3.2. 热释放率
处理后实验区的热释放率(HRR)降至处理前的约三分之一，且火势再增长现象消失，表明树冠火维持能力被显著削弱。
4.3.3. 空气温度
最大温度(MaxT)和温度曲线积分(IntT)在处理后均降低，特别是在8米高度处降低最为明显，这与林冠层可燃物减少直接相关。
4.3.4. 树冠消耗
不同位置树木的树冠消耗均降低，位于林窗末端和侧面的树木降低最为显著。整体上，64.2%的树木在处理后燃烧程度降低，而只有19.9%的树木燃烧程度增加。
4.3.5. 对流和辐射
对流和辐射热通量均显著降低，其中对流热降低更为明显(36-82%)，辐射热降低幅度较小(10-72%)。位于林窗末端和侧面的树木热暴露减少最多。
研究结论表明，这种基于火行为物理学的近自然火生态林业措施能有效降低陡坡干旱针叶林的树冠火潜力。通过创建双级林窗网络（一级林窗沿预期火蔓延方向布置，二级林窗垂直于一级布置），处理成功破坏了树冠可燃物的连续性，改变了林内风场结构，促使燃烧羽流垂直化，从而削弱了树冠间的火传播。WFDS模拟结果显示，处理后火蔓延速率降低，热释放率大幅减少，树冠火往往无法跨越林窗，导致火前线碎片化，最终退化为地表火。
这项研究的重要意义在于，它将火行为物理学原理与森林经营实践相结合，为陡坡森林的火险管理提供了新思路。与传统均匀疏伐相比，这种空间显式的林分结构优化能更有效地干扰树冠火的关键传播机制。研究结果对阿尔卑斯山及其他类似生态区的森林防火实践具有重要指导价值，特别是在气候变化导致极端火事件频发的背景下，这种近自然火生态林业策略有助于提升森林生态系统对树冠火的抵抗力和恢复力。
