Page 118 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期
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1140 武 汉 大 学 学 报 （信 息 科 学 版） 2025 年 6 月
的计算流程与地表火相同，均利用惠更斯原理模
拟火线向四周蔓延扩散的过程。
文献［16］对山杨、桦树、针叶林及灌木等展
开了研究，指出叶面水分是影响树冠火行为的主
要因素，因此，本文利用文献［16-17］的临界树冠
火模型判断地表火火线强度与临界地表火火焰
强 度 的 关 系 ，确 定 是 否 达 到 树 冠 火 引 燃 的 阈
值 ［56］ ，若地表火火线强度大于或等于临界地表火
火焰强度，则调用树冠火计算模块；反之利用地
表火模块计算燃烧速度。
3）惠更斯原理
惠更斯原理是通过矢量数据进行计算一个
随时间变化的多边形的扩张来表示火灾蔓延的
过程，这个多边形由一系列二维顶点定义。在计
算过程中，蔓延时间被均匀地划分为若干段时间
步长，蔓延方向利用风速矢量和坡度矢量计算每
个点火灾的蔓延，蔓延速度由风速、坡向、可燃物
等数据利用 Rothermel 模型计算得到，最终通过
图 1 计算流程 蔓延速度和方向乘以时间步长的持续时间来确
Fig. 1 Calculation Process 定火场边界扩张，垂直于火线的蔓延方向和速度
是通过椭圆变换依据方向矢量和最大蔓延速度
论基础，以林火实验为依据的半理论、半经验的 确定，如图 2 所示。
数学模型。该模型以能量守恒定律为基础，火焰
区通过辐射、对流和传导的方式传递热量给前方
的未燃可燃物，当未燃的可燃物吸收足够的热量
升 温 达 到 燃 点 时 被 引 燃 ，推 动 火 焰 前 锋 向 前 蔓
延。林火蔓延速度公式具体见文献［54-55］。
2） Van Wagner 树冠火临界引燃模型
树冠火大多数情况由地表火诱发而成，现有
的森林火灾模拟系统计算树冠火燃烧时均应用
Van Wagner 树冠火临界引燃模型 ［14-15］ 。因此，地
表火计算完成后，根据郁闭度与树高判断当前位
置 植 被 类 型 ，选 择 调 用 树 冠 火 计 算 模 块 。 结 合 图 2 惠更斯原理火势蔓延方向的计算方法
Rothermel 地表火蔓延模型、可燃物模型 FM10 ［18］ Fig. 2 Calculation of the Direction of Fire Spread on
Huygens Principle
与植被水分效应，树冠火蔓延速度利用风速和地
表可燃物含水率计算得到。当地表火提供的热 2.3 分模块计算原理
量蒸干冠层燃料的水分，并将其温度升高到燃点 输入获取的地理、可燃物、气象、火场信息等
时，树冠就会被点燃，引燃树冠火的临界地表火
数据，利用核心计算原理，通过含水率模块、地表
火焰强度表达式如下： 火模块、树冠火模块分别预测计算火场内各个位
( h CBH( 460 + 25.9C FMC ) ) 3 2 置的含水率、火蔓延行为及每个时间节点的火场
I 0 = 100 （1） 范围。
式中，I 0 为临界地表火火焰强度（kW/m）； h CBH 为 1）含水率计算
树冠层基高（crown base height）（m）； c FMC 为树冠 燃料含水率是指燃料中所含水分的百分比，
［56］
层叶面水分含量（foliar moisture content）（%） ， 随时间和地形的变化影响森林火灾蔓延速度和
其中 h CBH 和 c FMC 均可通过遥感卫星获取。树冠火 强度。含水率调节模块是在计算火行为特征之
