森林火灾模拟软件--FlamMap

FlamMap 是一款在 64 位 Windows 操作系统环境中运行的火灾分析桌面应用程序。它可以模拟潜在的火灾行为特征（蔓延速度、火焰长度、火线强度等）、在恒定环境条件（天气和燃料水分）下的火灾增长和蔓延以及条件燃烧概率。随着 FARSITE 的加入，它现在可以在地形、燃料、燃料水分和天气等不同条件下计算野火的生长和更长时间的行为。）

子系统：

• FARSITE
• FlamMap BASIC
• Minimum Travel Time （最短行程时间）
• Treatment Optimization Model （处理优化模型）
• Conditional Burn Probability （条件燃烧概率）

火灾行为模型：

• Rothermel (1972) 的表面火势蔓延模型，
• Van Wagner (1977) 的冠火引发模型，
• Rothermel (1991) 的树冠火蔓延模型，
• Albini (1979) 的观察模型，
• Finney (1998) 或 Scott 和 Reinhardt (2001) 的冠火计算方法
• Nelson (2000) 的死燃料水分模型。这允许根据坡度、阴影、海拔、坡向和天气调节每个像素中的死燃料。

由于在使用 FlamMap、MTT、Burn Probability 和 TOM 时环境条件保持不变，因此它不会像 FARSITE 那样模拟由天气和昼夜波动引起的火灾行为的时间变化。它也不会显示由支持或侧翼火力行为引起的空间变化。在绝对而非相对意义上使用这些模型查看 FlamMap 输出时，需要考虑这些限制。然而，这些输出非常适合燃料处理效果的景观水平比较，因为燃料是唯一变化的变量。输出和比较可用于识别危险燃料和地形的组合，有助于确定燃料处理的优先顺序。

FlamMap 软件创建了各种潜在火灾行为特征（例如，蔓延率、火焰长度、冠火活动）和环境条件（死燃料水分、中间火焰风速和太阳辐照度）的矢量和光栅图整个景观或特定建模应用程序，这些相同的输出仅限于模拟足迹（MTT 和 FARSITE）。这些栅格地图可以在 FlamMap 中查看或导出以用于 GIS 或图像格式。

下载地址：美国农业部米苏拉实验室的官网https://www.firelab.org/project/flammap

在软件运行之前需要构建landscape文件，其由以下八种要素组成：

• 高程 Elevation

• 坡度 Slope

• 坡向 Aspect

• 可燃物模型 Fuel Model

• 林冠覆盖度 Canopy Cover

• 植被高 tree height

• 植被基底高 crown base height

• 植被容重 crown bulk density

• 可燃物量 FCCS

File Theme	Required	Default Units	Alternate Units
elevation	yes	meters	feet
slope	yes	degrees	percent
aspect	yes	degrees
fuel model	yes	integer (0-255)
canopy cover	yes	percent
tree height	no	meters*10	meters, feet, feet*10
crown base height	no	meters*10	meters, feet, feet*10
crown bulk density	no	kg/m3*100,	kg/m3, lbs/ft3, lbs/ft3*100
FCCS	no	integer

前五个是必要的数据场（注意上述五类数据的空间分辨率和行列像元必须完全对齐），用于计算地表火。后三个组用于计算树冠火。

此外还需提供有关未燃和未燃燃料的湿度、天气信息以及风速和风向的信息。

1 加载

本教程的数据文件位于 ...FlamMap6\Tutorial\ 中。安装 FlamMap 的默认文件夹是 C:\Workspace\FlamMap6\

当第一次启动 FlamMap 时，它会打开一个名为“FlamMap1”的默认项目窗口。

右侧（“Display”）窗格是空的，因为没有加载Landscape ，左侧（“Tree”）窗格仅包含两行，项目和景观项目。

载入Landscape

第一步是将Landscape 加载到默认项目中； 右键单击？ 没有 Landscape File 项目会弹出一个快捷菜单，其中只有 Open 和 Help 命令可用。

从快捷菜单中选择打开命令以打开标准窗口的“打开”对话框。 导航到 ...\FlamMap6\Tutorial\ 文件夹并选择 happyTutorial.tif 作为Landscape 并单击打开按钮。 “FlamMap1”项目窗口将如下所示。

https://owfflammaphelp62.firenet.gov/FileTypes/PU_Landscape_File.htm

加载辅助主题

生成 FlamMap 输出不需要辅助主题，但它们对于定位和查看结果很方便。

矢量主题

将加载一个显示道路的矢量 shapefile。 首先，通过单击它的框来展开 ♦Auxiliary Themes 项。 然后右键单击 ♦Vector Themes 树项以显示以下快捷菜单。

从快捷菜单中选择 New Vector Theme 命令以显示标准窗口的“Open”对话框。 导航到 ...\FlamMap6\Tutorial\ 文件夹并选择 Roads.shp 文件并单击打开按钮。 “FlamMap1”项目窗口在“显示”窗格中将燃料模型层上的道路显示为蓝线。 现在通过单击它的框展开 ♦Vector Themes 树项以在树中显示蓝色复选标记 ♦ Roads 项。

栅格主题

现在加载植物覆盖类型的栅格主题。 右键单击 Grid Themes 树项以显示以下快捷菜单。

从快捷菜单中选择 New Vector Theme 命令以显示“Open”对话框。 导航到 ...\FlamMap6\Tutorial\ 文件夹并选择 LandfireEVT.tif 文件并单击打开按钮。 可能需要将文件类型过滤器更改为 GeoTiff 文件 (*.tif) 或所有文件 (.) 才能在“打开”对话框中查看此文件。 通过单击它的框展开 ♦Grid Themes 树项目，然后选择 Inactive grid theme icon ♦ LandfireEVT 项目以显示这个新的栅格主题。

注意：栅格主题没有默认图例，因此每个辅助栅格主题都会有一个随机颜色图例，直到用户更改为止。

保存 FlamMap 项目

在本教程的此时或本教程的任何位置，您都可以保存您的 FlamMap 项目，这样您就可以关闭 FlamMap 并返回而不会丢失任何您的工作。 要保存，请右键单击树窗格中的 ♦ FlamMap1 行（它是最上面的行）并从快捷菜单中选择保存。 “Save As”对话框打开，其中选择了 ...\FlamMap6\Tutorial\ 文件夹。 将您的项目命名为“FirstTutorial.fmp”并单击OK按钮。

2 FARSITE 模拟

引导完成一个简单的 Farsite 模拟，您可以在其中估计未来两天发生小火（small fire）的可能性。 本课程将利用 WindNinja 功能对地形上的风进行建模，并通过限制燃烧时间来限制火势蔓延以获得更真实的结果。

打开项目

如果您已关闭项目或关闭 FlamMap，则可以通过从菜单栏中选择文件 > 打开命令来重新打开项目。 在“Open ”对话框中选择文件 FirstTutorial.fmp 并单击打开按钮。

天气输入选项卡

右键单击“Tree”窗格中的 ♦Runs 行以显示此快捷菜单。

从快捷菜单中选择 New Farsite Run 以打开“Farsite Run:New Farsite Run”对话框。 显示Weather Inputs选项卡。

首先，将运行名称更改为“Fake Fire”，然后单击Apply 按钮。

Fuel Moisture文件

初始燃料水分文件

接下来，添加初始Fuel Moisture。 Farsite 将在整个模拟过程中调整死可燃物（dead fuel），但活可燃物将与初始Fuel Moisture (.FMS) 文件中的值保持不变。

死可燃物（dead fuel）：凋落物、枯草、枯立木、采伐剩余物等枯死植物体的总称。

在天气输入选项卡上单击按钮以显示Fuel Moisture文件的选项。 按钮显示多个Fuel Moisture File (.FMS)选项，选择打开 FMS 文件...选项。 出现“打开”对话框，导航到 C:...FlamMap6\Tutorial\ 文件夹并选择 ERC97th.FMS 文件并单击打开按钮。 显示初始Fuel Moisture的编辑对话框出现，这里不需要编辑，因此只需使用关闭按钮关闭对话框。

初始燃料水分文件说明

https://owfflammaphelp62.firenet.gov/FileTypes/PU_Initial_Fuel_Moistures.htm

使用以下 ASCII 整数空格分隔格式

• Fuel Model "0" 是初始燃料水分 (.FMS) 文件中未列出的燃料模型的默认值
• Fuel Models 1-256 对应于标准燃料模型（Anderson，1983 年或 Scott 和 Burgan，2005 年）或自定义燃料模型 (.FMD) 文件中描述的模型。
• 每个类别的燃料水分以百分比（整数）表示，可能超过 100。 LiveH and LiveW indicate "live woody" （活木本）and "live herbaceous" （活草本）fuels。
• 如果使用自定义燃料模型，它们可以在此文件中指定初始燃料水分或依赖默认值（fuel model "0"）

创建新的初始燃料水分文件

此环境中没有自定义fuel models，因此可以忽略Use Custom Fuels (*.fmd) 选项。 Fuel Moisture Files文本框将如下所示。

Winds风

在Winds组中，选择Generate Gridded Winds From Weather Inputs单选按钮。 然后，Farsite 将使用 WindNinja Conservation of Mass 解算器为模拟中的每个燃烧周期模拟风。 单击 Wind Ninja Options 按钮以打开“Farsite Wind Ninja Options”对话框。

使用默认分辨率：此landscape 30 米将占用大量计算资源并需要大约 15 分钟。 如果您赶时间或使用低端计算机，请将 Resolution: 更改为 60 米。 请注意，这会减少 Number of Wind Ninja cells: 75%，现在应该会在 3-5 分钟内运行。 单击OK 关闭“Farsite Wind Ninja 选项”对话框。

单击 Weather Inputs 选项卡上的 Apply 并移至 Weather Stream and Burn Periods选项卡。 要退出“Farsite Run：”对话框并稍后继续，请单击OK。

Weather Stream and Burn Periods选项卡

在 Weather Stream 和 Burn Periods 选项卡中，您将为 Farsite 用于调节死可燃物和识别燃烧周期的模拟选择天气周期。

单击 WXS 文件按钮。 按钮并选择“打开 WXS 文件...”命令。 出现“Open”对话框，导航到 C:...FlamMap6\Tutorial\ 文件夹。 选择 OakKnoll2016.WXS 文件并单击打开。

“Edit WXS File:”对话框打开，显示可用于模拟的天气观测。

WXS 文件示例

• Year 年
• Mth 月
• Day 日
• Time 时间，0-2359，精确到分钟（整数）
• Temp 温度，单位为华氏度或摄氏度（整数）
• RH 相对湿度，以百分比表示，0 到 99（整数）
• HrlyPcp 以英寸或毫米（最多千分之一）为单位指定的时间段内的降水量
• WindSpd 风速，可以是指定的 20ft 风速英里每小时或 10m 风速公里每小时（整数）
• WindDir 风向 ，以度为单位，从北顺时针方向 (0-360)，（整数）
• CloudCov 百分比的云量，0 到 100（整数）

我们打算在 7 / 21 和 7 /22 日的燃烧期间运行此模拟，因此将 Conditioning Start Date：和Time：保留为默认的 7 /15 。

Burn Periods 燃烧周期

Burn Periods 通常非常重要，需要为模拟的每一天设置。 它们可以设置为一天 24 小时或一天中的任何时间段。 要准确设置燃烧时间段，需要一些关于火如何燃烧的知识。 通常，火灾会在白天干燥时间蔓延，并在夜间停止。 但除非夜间时间超过灭绝的湿度，否则模拟将继续以较慢的速度传播。 虽然这种夜间传播速度要慢得多，但往往会高估真正的火灾会造成什么后果。

Burn periods必须在加载的 Weather Stream (.WXS) File的范围内。

对于此模拟，在“Edit WXS File:”对话框中创建两个燃烧周期。 向下滚动到 07/20/16 日的观测值，然后选中 Burn 列中的复选框以表示 7 /20 日的观测值 08:00 到 18:00。

接下来，向下滚动到07/21/16日的观测值，并选中 Burn 列中07/21观测值 07:00 至 19:00 的复选框。 现在确定了两个燃烧周期和调节开始时间。

单击Save and Close“Edit WXS File:”对话框并返回到Weather Stream and Burn Periods选项卡。

这给出了模拟开始前的五天调节期和两个燃烧期，第一个 11 小时，第二个 13 小时。

在“Farsite Run:”对话框中单击 Apply 并选择 Model Settings 选项卡。

Model Settings选项卡

现在已经加载了天气数据并设置了燃烧周期，您可以通过在“Farsite Run：”对话框中选择 Model Settings 选项卡来继续设置 Farsite 模拟。

Ignitions and Barriers点火和障碍

单击 Ignitions 文件按钮。 按钮并选择打开 Ignitions 文件 ... 选项。 出现“打开”对话框，导航到 C:...FlamMap6\Tutorial\ 文件夹并选择 FakeFire.SHP 文件，然后单击打开。 红色多边形应出现在景观的西北象限中。

对于此模拟，不需要额外的火势蔓延屏障，因此请忽略 Barrier FIle 按钮。 按钮。

Model Settings模型设置

有八种模型设置。 对于此模拟，接受

• 周长分辨率（Perimeter Resolution）
• 距离分辨率（Perimeter Resolution）
• 时间步长（Time Step）
• 使用加速度（Use Acceleration）

为默认值。 将 Ember Spot Probability: 更改为 0.10，并接受 Spot Delay、Minimum Spot Distance 和 Background Spotting Grid Resolution 的默认值。

有关这些设置的更多信息，请参阅 Farsite Model Settings 主题。

Canopy Characteristics 树冠特征

将 Foliar Moisture Content %: 保留为 100，然后从 Crown Fire Calculation Method: 的下拉菜单中选择 Scott/Reinhardt(2001)。

对于此模拟，不需要传播率 (ROS) 调整，因此请忽略传播率调整文件按钮。

请注意状态栏消息“Inputs OK”，表示模拟的最小输入已完成。

选择Outputs 选项卡继续，或单击OK退出“Farsite Run:”对话框。

输出选项卡

在输出选项卡上选择以下输出

• Arrival Time 到达时间
• Flame Length 火焰长度
• Crown Fire Activity 冠火活动
• Perimeters 周长
• Spot Fire Locations 现场火灾地点
• Spot Fire List 现场火灾清单
• Wind Vectors 风矢量
• Spread Vectors 蔓延载体

请注意，当选择 Spread Vectors 时，会自动选择 Spread Direction 和 Rate of Spread 输出，因为生成 Spread Vectors 输出需要它们。

Launch

确保单击 Apply，然后单击 Launch Farsite 按钮以启动 Farsite 模拟。 如果该按钮不可用，请检查“Farsite Run：”对话框底部的状态栏以诊断问题。

此模拟需要 2-4 分钟。 由于 Farsite 是单线程的并且只使用一个核心，你可以在你的计算机上做其他工作而不会减慢模拟速度。

可以使用“Farsite Progress”对话框来诊断运行的问题，显示火灾数量、斑点和周边顶点的信息以及模拟时间。 此信息可以帮助您调整 Farsite 模型设置以更快地运行或提供更好的分辨率。

3 评估 FARSITE 输出

Farsite 输出主题仅在 Farsite 范围内产生。 此外，每个单元的火灾行为特征可能完全不同，因为它们是在不同的景观和天气条件下计算的，具体取决于模拟“burned燃烧”的时间和地点。

Fake Fire 初始输出视图，其中显示了所有矢量。

使用工具栏上的 Zoom In 按钮放大您的模拟。

当所有矢量输出都被选中时，显示面板在第一次查看时可能会非常混乱。 第一件事是通过双击每个矢量输出来关闭所有矢量输出（带有蓝色复选标记复选标记的树项目）。 蓝色复选标记将变为红色“X”，表示它当前处于隐藏状态。

评估栅格输出

有了矢量主题，栅格输出就可以一次查看一个。

选择 ♦ Farsite Arrival Time 作为活动栅格主题并通过双击树项或从显示窗格快捷菜单中选择查看图例来显示图例。

在任何输出栅格顶部显示 ♦ Farsite Perimeters 也很有帮助，使用默认红色查看周长会很尴尬，因此将“属性”（ [change the "Properties"](https://owfflammaphelp62.firenet.gov/Tutorial/TU_Using_Legends.htm#Modifying Vector Theme Properties) ）更改为颜色：黑色和线宽：为 1。

♦ Farsite Perimeters 是为每个时间步长创建的，在本例中为 60 分钟。

Farsite Arrival Time

♦ Farsite Arrival Time 主题以红灰色渐变显示。 每个单元格的值都是分钟，零是第一个燃烧周期的开始（7/20 0800 小时），最大值大约是最后一个燃烧周期的结束（7/21 2000 小时)。

请记住，此时间范围包括非燃烧期（7/20 1900 小时 - 7/21 0700 小时）。 幸运的是，这使得定义两个燃烧期变得容易，橙黄色细胞是第一个燃烧期，红细胞是第二个。 没有显示较亮的橙红色单元格，因为色带的中心包含非燃烧期间的时间。

这个非燃烧期也反映在下面“Create/Modify Legend”对话框的频率列中，其中几个时间段的单元格为0。

Farsite Flame Length 火焰长度

此运行的火焰长度显示为英尺。

由于火焰长度和扩散率有些相关，您会注意到较长的火焰长度（橙色或红色单元格）出现在周边相距较远的地方。

Farsite Rate Of Spread 传播率

正如您在图例对话框中看到的那样，它会发生变化以反映当前查看的光栅， ♦ Farsite Rate of Spread 的单位是链/小时。 由于传播速度反映了 60 分钟 ♦ Farsite Perimeters 之间的距离，所以在周边最宽处看到更暗（更快）的颜色应该不足为奇。

Farsite Crown Fire Activity 林冠火活动

♦ Farsite Crown Fire Activity 网格具有根据下表分类的单元格。

Crown Fire Classification	Cell Attribute Value	Color
No Fire	0	Green
Surface Fire	1	Yellow
Passive Crown Fire (torching)	2	Orange
Active Crown Fire	3	Red

请注意点火装置以南的大面积表面火灾。 通过使 ♦ Canopy Cover（景观主题）处于活动状态，您可以看到此区域的树冠覆盖率为 0%，可防止任何类型的树冠火灾。

在 Crown Fire 技术文档（Crown Fire Technical Documentation.）中可以找到分配单元格属性值的逻辑。

评估矢量输出

矢量输出在网格主题之上查看，确保 ♦ Farsite Crown Fire Activity 仍然是活动网格。

发现火灾地点
注意：由于在 Farsite 中发现的随机性，您的 ♦ Spot Fire Locations 和 ♦ Farsite Crown Fire Activity 可能与以下示例不同。

通过双击树窗格项显示 ♦ Spot Fire Locations。 使用默认的黄色查看斑点会很尴尬，因此将“属性”更改为颜色：紫色（[change the "Properties"](https://owfflammaphelp62.firenet.gov/Tutorial/TU_Using_Legends.htm#Modifying Vector Theme Properties)）。

在这个模拟中有相当多的点火，所以不要试图消化整个景观上的点火位置，而是使用放大工具栏按钮到点火正北的区域。

请记住，这些符号反映的是模拟点火的开始位置，而不是余烬的发射位置。 因此，点火可能发生在地表火灾活动区域，通常是被动或主动冠火区域的顺风。

Spot Fire List 包含发射和着陆时间、飞行时间和飞行距离。 当您将其另存为 shapefile 时，同样的信息也会存储在 ♦ Spot Fire Locations 矢量主题中。

Farsite Wind Vectors风向量

在显示窗格仍放大到点火装置以北区域的情况下，双击 ♦ Farsite Wind Vectors 项将其添加到显示中。

查看 ♦ Farsite Wind Vectors 时要记住的一个重要概念是，根据天气流 (.WXS) 文件中的数据，用于初始化 WindNinja 的每个时间步的风速和风向可能不同，因此每个周长可能有很大不同 风向量。 这在上面讨论的局部火灾区域是显而易见的。 这与 FlamMap 运行使用 WindNinja 的方式非常不同，后者使用单一风速和风向来为整个景观初始化 WindNinja。

风矢量还可以为模拟火灾行为提供线索。 查看上面讨论的现场火灾，似乎将这些余烬（圆圈点）带到西方的风发生在之前的时间步长中，东风（绿色矢量）从火炬（橙色）皇冠火灾活动区域携带余烬。

Farsite Spread Vectors

最后一个感兴趣的向量主题是 ♦ Farsite Spread Vectors。 在显示其他矢量主题的同时，通过双击添加 ♦ Farsite Spread Vectors 项目。 请注意，传播矢量可能与风矢量完全不同。 传播向量显示了燃料、天气和地形对地表火势蔓延的额外影响。