森林燃烧的火行为，是从着火、发展、传播、减弱和熄灭一系列连锁反应的总体，表现为火头的蔓延速度、火场范围(周长或面积)的扩大、火强度增大及其它一些极端林火行为现象，如飞火、蔓延方向、突变为高强度(三维空间的)火(舒立福等，1997；郑焕能等，1999)。其中火强度、火焰高度和火蔓延速度是林火行为的3大指标(Kozolowski，1974)。火行为和可燃性、起火点的数量同样受火环境影响。

1 火场形状

无风时火场的形状呈圆形，有风时火场的形状呈椭圆形，长轴的方向顺着风的方向。1983年，安德森提出了风对林火蔓延影响的双椭圆形数模型(骆介禹，1992)：面积S＝1/2πbd²(a₁+a₂)；周长P=1/2πk₁d(a₁+b)+1/2πk₂d(a₁+b)；k_n=1+0.25M_n²; M_n=(a_n-b)/(a_n+b)。式中a₁:火尾部半椭圆主轴；a₂：火前沿半椭圆主轴；b：副轴，火翼蔓延的最大距离；c：轴的比例，背火蔓延距离。

当无风时可燃性挥发物和燃烧产物垂直地上升，各边火焰产生的热量互不影响，但在风的影响下，下风边热量吹到上风边，使上风边燃烧得更加剧烈。风增加燃烧区内的空气，使火焰温度降低，但火焰被风吹后发生变化，不仅加大火焰长度，加剧了辐射和对流传热作用，使火燃烧得更加旺盛。

2 火焰

森林可燃物在燃烧时产生的火焰，是燃烧过程中出现微小而为数众多的炽热碳粒和三原子气体的辐射表现。火焰是随意的、动乱的和暂时的现象。火焰发光的强弱与可燃物种类、空气(氧)供应量大小、可燃气体和空气的混合情况、燃烧温度和压力等有关。

2.1 火焰颜色

森林可燃物在燃烧空间中如果能得到足够的氧气，便能产生三原子气体，如CO₂和H₂O。CO₂和H₂O发生红橙光和红外线。如果燃烧时供氧不充分，局部缺氧区就形成自由碳，和部分灰粒一起在高温作用下发出红光和红外线。火焰颜色与温度和辐射强度的关系见表 1(范维澄等，1995)。

2.2 火焰形状

初始燃烧时，火的蔓延依靠火焰与可燃物直接接触。火焰上方空气被加热而抬升，使四周空气从火基部吸入，火焰发生向内倾斜。当最初引燃的可燃物烧完后，火焰呈轮胎状。无风燃烧时火焰是向上的，有风时或在坡地上火焰就会倾斜，增加对地面的热对流和热辐射，使火的蔓延速度加快。

火焰长度可用下式算出(Chandler，1983)：F_L=0.45×I^0.46, 式中F_L：火焰长度，m; I:火线强度，kW·m^-1。

2.3 火焰高度

火焰高度是林火行为中较易观测到的数值。火焰高度指垂直于地面连续的火焰高度。根据火焰高度可以计算火线强度，其计算式为(Bond et al., 1996)：I_L=2.58h^2.17，式中I_L：火线强度，kW·m^-1; h:火焰高度，m。

火焰高度愈高，火线强度就愈大，对树木的损害能力就愈强，计算平均火焰高度用下式：H=a(I_L/250)^0.5, 式中H:火焰高度，m；I_L:火线强度，kW·m^-1；a可燃物类型常数，草原或连续型植被的a=1。

以上两公式因可燃物的种类、数量、结构、蔓延速度不同，仅是近似值的计算公式。

3 火强度

火强度是林火行为重要标志之一，森林可燃物燃烧时整个火的热量释放速度称为林火强度。森林燃烧时，火强度变化幅度为20~100 000 kW·m^-1，相差5 000倍。有些林火专家认为，当火强度超过4 000 kW·m^-1时，林内所有生物都会烧死，只有火强度小于4 000 kW·m^-1时，才有生态意义。森林火灾的火强度变化很大，一般将火强度分为：低强度750 kW·m^-1以下，中强度750~3 500 kW·^-1，高强度3 500 kW·m^-1。火强度包括火线强度和发热强度。

3.1 火线强度(I_L)

火线强度是指在单位时间内单位火线长度上向前推进发出的热量。一般火线强度的计算式采用白兰公式(Daskalakou et al. 1996)：I_L＝m·c·v, 式中I_L：kJ·(m·s)^-1; m:单位面积内的可燃物重量，kg·m^-2; c:可燃物的平均发热量，kJ·kg^-1; v:火线前进速度，m·s^-1。

3.2 发热强度(I_S)

发热强度是指单位面积上单位时间发出的热量。其计算公式为(舒立福等，1997)：I_s=m·c/t, 式中：I_s:kJ·(m²·s)^-1；m:单位面积内可燃物的重量，kg·m^-2；C:可燃物平均发热量，kJ·kg^-1；t:燃烧持续时间，s。

3.3 火缘火的强度(I)

火的外界边缘火的强度称为火缘火强度。火缘火的强度可用公式：I=H·W·R/600大致推算出来(Andrews，1982)。式中H代表可燃物的低燃烧热; W代表单位面积林地上可燃物重量(t·hm^-2); R代表火头向前蔓延的速率(m·min^-1)。对生长着的活可燃物，按50%含水率来计算其低燃烧热更为精确。虽然应用每可燃物的实际含水率及其在复合可燃物中所占的比重来计算才能达到精度，但在大多数情况下可采用低燃烧热的平均值来计算火缘火的强度。

4 火蔓延速度

火蔓延速度指单位时间火的蔓延扩展距离。林火的蔓延速度可在野外用简便方法直接测量得到。测量时应注意火达到稳定后进行测量才有意义。林火的蔓延速度也可从经验方法或林火蔓延数学模型中获得。用经验方法需基于大量实测资料，并把各种变数分类，将数据制作成图表的形式提供使用。林火的蔓延速度通常包括线速度、面积速度和周长速度。

4.1 火线蔓延速度

以单位时间内火线向前推进的距离来表示。在英美的文献中多采用这种方法。由于火的各边的蔓延速度不等，它包括火头前进的速度、火翼前进的速度和火尾前进的速度。一般以距离除以时间来计算，单位为：m·min^-1或km·h^-1。不同可燃物类型，其蔓延速度有很大的不同(Henry et al., 1982)(表 2)。

4.2 面积蔓延速度

面积蔓延速度即火场面积除以时间，得出单位时间内的燃烧面积，以m²·min^-1或hm²·h^-1来表示。根据前苏联H.B.奥弗斯扬尼柯夫计算，顺风火头蔓延的速度与面积和周长关系，可用下式计算(Cheney, 1981)：S＝k·tⁿ，式中S：林火面积，hm²; k：该级林分自然火险系数; t:火灾燃烧持续时间，h; n：该级自然火险林分的火灾程度和火险季节(春，夏，秋)系数(无量纲)。

1) 曲宝恩，贾琪功，王宪章等译.大面积森林火灾.哈尔滨：带岭林业科学研究所，1984

4.3 周长蔓延速度

周长蔓延速度以单位时间内火烧周边增加来表示。单位：m·min^-1或km·h^-1。如前苏联文献中常用一昼夜内火场周边增加表示蔓延速度：R=P/T, 式中R:蔓延速度，km(24)h^-1，P:周边长，km。简化的近似估算式：C=3V·t，式中C：火场周长, m；V：顺风火头蔓延速度，m·min^-1；t：火灾持续时间。

林火周长的增长速度，火头，火翼，火尾增长速度不同。在风速3~5 m·s^-1的情况下，火场周长各部分占周长总长的百分率分别为：顺风火头50%，侧方40%(20%+20%)，逆风火头10%。无风时其百分率为：顺风火头25%，侧方50%，逆风火头25%。

5 影响火行为因素

森林可燃物的性质、空气因子、地形和温度因子等直接影响到森林火烧时的火行为(朱霁平等，1999)。

5.1 可燃物

由于植被长期的生长发育过程，造成生长着的及枯死的生物的大量堆聚，即为可燃物的堆积。但人们可以通过采伐、清理采伐现场，或其它土地管理活动来减少可燃物的数量，如计划烧除或施用化学除草剂等方法。具有空间结构的可燃物，如白桦树皮、苔藓、地须根、针叶树球果，枯立木等是导致树冠火及飞火的根源(舒立福，2000)。不同可燃物的特性对林火行为有不同的影响，见表 4。

5.2 地形因素

虽然地形对火的强度及其它火行为现象有影响，但它主要影响火的蔓延方向及速度。坡度主要影响火的蔓延速度。当坡度为18%时，火的蔓延速度是平地火蔓延速度的1倍。当坡度为36%时，火的蔓延速度又增加1倍；当坡度为40%~70%时，火的蔓延是40%中等坡度的1倍。如果坡度增至70%~100%，则火的蔓延速度将会再增加1倍。海拔高度能影响防火期长短和可燃物量。狭窄的通道，如凹形或V形的窄峡谷，对燃烧的火起到象烟囱似的疏导热量作用，宽阔的峡谷或宽阔的凹形地形相比，其辐射更易使火沿山坡蔓延(舒立福等，2001)。在这种地形条件下，火蔓延速度比预计的在一般情况下的火蔓延速度要快。

5.3 气象因素

气温、风速、天气和湿度等气象因子变化与火行为密切相关。防火期内，随着气温升高，火险等级提高，即出现森林火灾的大小和次数随之增加，并趋向于周期性发生。火灾多发生在上午10时至下午3时这段时间内，因为在这段时间内气温上升，阳光充足，使地表可燃物附近热流达最大值。当然，在高风速和低相对湿度的条件也会出现强度高峰。

6 小结与讨论

对火行为的描述主要采用火强度、火焰高度和火蔓延速度等指标。火焰高度愈高，火线强度就愈大，对树木的损害能力就愈强。火焰高度受可燃物种类、数量、结构和蔓延速度密切影响。火强度和火蔓延速度可通过经验模型或数学模型进行估计。

森林可燃物性质、地形和天气条件直接影响到森林火行为。风对火场形状有很大影响，可燃物种类、空气供应量大小、可燃气体与空气间的混合情况、燃烧温度和压力等因子影响到火焰的发光性。

森林可燃物的可燃性和起火点的数量也受火环境影响。

近年来火行为的研究与发展比较缓慢，这是因为林火复杂性和试验比较难作。国外的研究人员仍在改进现有的林火蔓延模型，并应用到火险等级预报系统中去。20世纪80年代，王正非(文定元，1995)提出用火烈度指标估计火灾烧伤林木株率和森林木材蓄积量的损失标准，这是对林火研究的发展。目前，我国一些学者主要研究森林火灾中的特殊火行为，通过室内模拟试验和野外火烧试验，研究特殊火行为发生的条件与特征。我国某些地区建立的火险等级预测预报系统采用的火行为模型还主要是过去成熟的经典模型。