地形坡度是森林地表火蔓延的重要影响因素。构建火蔓延模型作为主要的研究手段之一,其目标是准确预测火蔓延速率。火蔓延物理模型基于能量守恒方程,通过对火蔓延过程中燃烧、传热和流动机制模化,建立偏微分方程(组),实现对火蔓延速率、温度场和热释放速率等参数的预测,其坡度适用范围相对于不考虑传热过程的经验模型而言有大幅提升。但模型预测结果与实际测量相比仍存在一定偏差,预测精度与输入参数的不确定性及范围有关。本文对于一个典型的上坡火蔓延物理模型开展参数敏感性分析。该物理模型包含火焰辐射、自然对流冷却和辐射热损等传热机制。模型计算所需的初始条件和边界条件,都需要输入参数,这些参数可以依据不确定性来源分为三类:热物理参数、测量参数和假设的参数。分析过程中,综合考虑各参数的物理属性和实验测量值,获得参数的计算区间,在该区间内选择不同数值进行计算,计算结果用火蔓延速率的相对变化量以表征模型对该参数的敏感性。敏感性分析结果表明,引燃温度和平均火焰温度对模型预测结果产生重要影响。在不同的坡度条件下,需结合火焰燃烧特征来确定燃料有效消耗率和火焰发射率;根据火前流动方式(自然对流或强迫对流)选择相应的经验公式计算对流换热系数。分析火焰几何参数发现,火焰夹角的取值对预测结果影响较小,可以忽略不计,而火焰长度有显著影响。在高坡度条件下,火焰脉动特性是导致火焰长度不确定性的重要因素,而现有模型中均未考虑。前人关于火蔓延的研究聚焦于稳态火蔓延过程,对火蔓延加速过程研究匮乏,爆发火是一种以火蔓延速率陡增为特征的现象,常发生于高坡度地形和峡谷地形,但其形成的物理机理还在探索阶段。本文使用变坡度火蔓延实验台,在两侧安装挡板(分别为透明钢化玻璃和绝热防火板)构造沟形(Trench)地形,在无风条件下开展不同坡度(0°～40°)和高宽比(挡板高度与燃料床宽度之比,范围:0.1～0.4)条件下的火蔓延模拟实验,燃料为樟子松针。通过在燃料床中轴线上布设热电偶阵列计算火蔓延速率,用DV记录实验过程,其中侧边DV透过钢化玻璃拍摄火焰的附壁特征,同时使用压力应变式称重传感器、双向皮托管和铜箔式热流计分别测量质量损失速率、流场和热流密度。通过热电偶阵列获得的火前锋位置-时间拟合,获得的火蔓延速率数据出现突变,验证了爆发火的发生。爆发火形成后的燃料有效消耗率降至0.1以下,火头快速拂过燃料床上表面,火头后方存在大范围明火燃烧,形成较长的火焰深度。挡板存在条件下,侧向卷吸受到抑制。不同坡度和高宽比条件下,侧向卷吸的受限程度受坡度和高宽比影响,进而影响火焰附壁状态、火前流场和对流加热作用,来自火焰的对流加热成为重要的预热机制。当高宽比较小时,侧向卷吸部分受限,低于挡板的火焰间歇性地附着于燃料床上表面。随高宽比的增大,火焰高度降低,火焰脉动减弱,火前锋开始完全附壁,火前正向流动及对流加热作用距离增大。当挡板高度高于火焰高度时,相同坡度条件下,高宽比增加对火蔓延的影响很小。在高宽比为0.1时,仅火焰根部卷吸受限,坡度增大后火焰脉动增强,火焰高度增大,火焰辐射作用增强。在更大高宽比时,随着坡度的增大,浮力作用和沟槽效应导致正向流动速度及其影响距离增大,对流加热作用增强。在实验中细化坡度区间,确定了特定高宽比下形成爆发火的临界坡度。当坡度低于临界坡度角时,燃烧剧烈程度较低、火焰深度较小,火线近似于线火源,侧向卷吸可以忽略。坡度为临界坡度时,火焰附壁,随火线深度增加,火线强度不断增大并超过一定值时火蔓延急剧加速,诱发爆发火。