Моделювання параметрів великомасштабних лісових пожеж
Анотація
Актуальність. Існує нагальна потреба у виборі основних енергетичних, геометричних та теплофізичних параметрів лісових пожеж, а також оцінка основних параметрів цих пожеж, включаючи малодосліджені вогняні смерчі та хвильові процеси, викликані пожежами.
Мета. Розробити математичні моделі фізичних процесів, викликаних масштабними лісовими пожежами, оцінити основні параметри цих пожеж, включаючи малодосліджені вогняні смерчі та хвильові процеси, викликані пожежами.
Методи. Математичне моделювання, системний аналіз сукупності фізичних ефектів.
Результати. Викладено результати аналізу параметрів лісових пожеж і супутніх фізичних процесів, що викликаються великомасштабними пожежами. Запропоновано головні енергетичні, геометричні та теплофізичні параметри великомасштабних лісових пожеж. До них належать: енергія, потужність, тривалість, площа пожеж, а також довжина, інтенсивність та швидкість руху фронту горіння, густина потоку тепла, густина потоку потужності, висота смолоскипа, висота підйому терміку та диму, швидкість конвекції тощо. Створено прості аналітичні фізико-математичні моделі головних параметрів великомасштабних лісових пожеж. Запропоновано модель вогняного смерчу. Отримані співвідношення дозволяють оцінити головні параметри вогняних смерчів, що супроводжують великомасштабні лісові пожежі. До них належать радіус, кутова швидкість, тангенціальна швидкість, максимальна висота та швидкість підйому нагрітого утворення. Показано, що в залежності від розміру вихору параметри вогняного смерчу змінюються в широких межах. Наведені співвідношення дають можливість проаналізувати та оцінити головні параметри хвильових процесів, що генеруються лісовими пожежами. Такими параметрами є енергія, відносна доля енергії, діапазон періодів акустичного випромінювання тощо. Розраховано головні параметри лісових пожеж і супутніх фізичних процесів. Показано, що залежно від площі пожежі, ці параметри змінюються в широких межах.
Висновки. Розроблено математичні моделі фізичних процесів, викликаних масштабними лісовими пожежами, за допомогою яких проведено розрахунки параметрів основних ефектів.
Завантаження
Посилання
Buts, Yu. V. Scientific and methodological bases of relaxation of ecogeosystems under the technogenic loading of pyrogenic origin: Doctor’s thesis. Sumy: Sumy State University. Retrieved from https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/76266 (In Ukrainian)
Chuvieco, E., Pettinari, M.L., Koutsias, N., Forkel, M., Hantson, S., & Turco, M. (2021). Human and climate drivers of global biomass burning variability. Science of the Total Environment, 779, 146361. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146361
Dowdy, A.J., Ye, H., Pepler, A., Thatcher, M., Osbrough, S.L., Evans, J.P., Di Virgilio, G., & McCar-thy, N. (2019). Future changes in extreme weather and pyroconvection risk factors for Australian wildfires. Scientific reports, 9(1), 10073, 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46362-x
Rodríguez Trejo, D.A., Martínez Muñoz, P., & Martínez Lara, P.J. (2019). Fire effects on the trees of a tropical pine forest and a tropical dry forest at Villaflores, Chiapas, Mexico. Ciência Florestal, 29(3), 1033–1047. https://doi.org/10.5902/1980509833952
McLauchlan, K.K., Higuera, P.E., Miesel, J., Rogers, B.M., Schweitzer, J., Shuman, J.K., Tepley, A.J., Varner, J.M., Veblen, T.T., Adalsteinsson, S.A., Balch, J.K., Baker, P., Batllori, E., Bigio, E., Brando, P., Cattau, M., Chipman, M.L., Coen, J., Crandall, R., Daniels, L., Enright, N., Gross, W.S., Harvey, B.J., Hatten, J.A., Hermann, S., Hewitt, R.E., Kobziar, L.N., Landesmann, J.B., Loranty, M. M., Maezu-mi, S.Y., Mearns, L., Moritz, M., Myers, J.A., Pausas, J.G., Pellegrini, A.F.A., Platt, W.J., Roozeboom, J., Safford, H., Santos, F., Scheller, R.M., Sherriff, R.L., Smith, K.G., Smith, M.D., & Watts, A.C. (2020). Fire as a fundamental ecological process: Research advances and frontiers. Jour-nal of Ecology, 108, (5), 2047–2069. https://doi.org/10.1111/1365-2745.13403
Coogan, S.C., Daniels, L.D., Boychuk, D., Burton, P.J., Flannigan, M.D., Gauthier, S., Kafka, V., Park, J.S., & Wotton, B.M. (2021). Fifty years of wildland fire science in Canada. Canadian Journal of Forest Research, 51(2), 283–302. https://doi.org/10.1139/cjfr-2020-0314
Hebert-Dufresne, L., Pellegrini, A.F.A., Bhat, U., & Redner, S. (2018). Edge fires drive the shape and stability of tropical forests. Ecology letters, (6), 794–803. https://doi.org/10.1111/ele.12942
Zhang, G., Wang, M., & Liu, K. (2019). Forest Fire Susceptibility Modeling Using a Convolutional Neural Network for Yunnan Province of China. International Journal of Disaster Risk Science, 10(3), 386–403. https://doi.org/10.1007/s13753-019-00233-1
Holuša, J., Koreň, M., Berčák, R., Resnerová, K., Trombik, J., Vaněk, J., Szczygieł, R., & Chromek, I. (2021). A simple model indicates that there are sufficient water supply points for fighting forest fires in the Czech Republic. International journal of wildland fire, 30(6), 428–439. https://doi.org/10.1071/WF20103
Kelly, A.J., & Hodges, K.E. (2020). Post-fire salvage logging reduces snowshoe hare and red squirrel densities in early seral stages. Forest Ecology and Management, 473, 118272. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118272
Adámek, M., Jankovská, Z., Hadincová, V., Kula, E., & Wild, J. (2018). Drivers of forest fire occur-rence in the cultural landscape of Central Europe. Landscape Ecology, 33(11), 2031–2045. https://doi.org/10.1007/s10980-018-0712-2
Turner, M.G., Braziunas, K.H., Hansen, W.D., Hoecker, T.J., Rammer, W., Ratajczak, Z., Wester-ling, A.L., & Seidl, R. (2022). The magnitude, direction, and tempo of forest change in Greater Yel-lowstone in a warmer world with more fire. Ecological Monographs, 92(1), e01485. https://doi.org/10.1002/ecm.1485
Wilson, N., Bradstock, R., & Bedward, M. (2021). Detecting the effects of logging and wildfire on forest fuel structure using terrestrial laser scanning (TLS). Forest Ecology and Management, 488, 119037. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119037
Chornohor, L.F., Nekos, A.N., Titenko, G.V., & Chornohor, L.L. (2021). Ecological consequences of large-scale forest fires in Ukraine in spring – summer – autumn 2020. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University series « Ecology", (24), 79–90. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2021-24-07
Chornohor, L.F., Nekos, A.N., Titenko, G.V., & Chornohor, L.L. (2021). Ecological consequences of forest burning in the northern hemisphere in 2020: results of modeling and quantitative calculations. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University series « Ecology", (25), 42–54. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2021-24-04
Chernogor, L. F. (2012). Physics and Ecology of Disasters. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ. (in Russian)
Chernogor, L. F. (2017). Space, the Earth, Mankind: Contemporary Challenges. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ. (in Russian)
Snegirev, A. Yu., Marsden, J. A., Francis, J., & Makhviladze, G. M. (2004). Numerical studies and ex-perimental observations of whirling flames. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(12–13), 2523–2539. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.02.002
Chernogor, L.F. (2018). Dynamics of the Convective Rise of Thermals in the Atmosphere. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 54(6), 626–634. http://dx.doi.org/10.1134/S000143381806004X
Chernogor, L.F. (2019). Dynamics of Convective Upwelling of Large-Scale Weakly Heated Atmos-pheric Aggregates. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 55(3), 251–256. https://doi.org/10.1134/S0001433819020038
Chernogor, L.F. (2021). Dynamics of the Thermal Uplifting in the Atmosphere under a Continuous Supply of Heat: Practical Application Examples. Physics of the atmosphere and geospace, 2(1), 5–16. https://doi.org/10.47774/phag.02.01.2021-1
The Scariest Picture You’ll See All Day: A ‘Firenado’ (2022) URL: https://time.com/96117/firenado/
Авторське право (c) 2022 Чорногор Л. Ф., Некос А. Н., Тітенко Г. В., Чорногор Л. Л
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
