1。介绍
荒地火灾受到许多物理过程的影响,从这几个人直接来源于大气风或湿度等行为,显示直接影响大气的火炉上。反馈从火中大气自五十年代以来研究和观察(
1 ,几次试图和模拟fire-atmosphere交互模型成功。
在最近的火灾/大气相互作用的数值研究,干预等。
2 ]获得荒地和城市分界面上火灾动力学与模拟器(wfd)模型之间一个好的对应数值结果和实际燃烧实验规定的澳大利亚草原切尼和古尔德(
3 ]。林等类似的数值结果
。 (
4 )使用HIGRAD / FIRETEC模型执行几个数值调查不同地形和风力条件,但是,与干预等
。 (
2 ),没有实际燃烧相比,在这些学术情况。这些模型专注于固体燃料热解过程,气相燃烧和传热
当地的 fire-atmosphere交互至关重要的物理机制涉及在火势蔓延。然而模拟这些交互在外表的规模(即。,the combustion scale) requires a highly detailed and computationally intensive model that is nowadays not reachable for actual wildland fires. Moreover, it is rarely possible to gather sufficient data to initiate a simulation at the level of detail required for such simulations.
另一方面,减少身体基于火灾区域模拟的详细模型,如FARSITE,主要关注的人对抗野火,和考虑更多的耦合的物理效应可能允许提高此类模型的准确性。
该方法开发,使数值火/大气中可用的中尺度大气之间的耦合模型(WRF, Meso-NH等)的家庭火灾模拟器。数值火/大气耦合已经进行了大量研究,从静态的火灾模拟的
5 )最近Rothermel类型的作品在一个简化的模型(
6 火势蔓延是加上所谓的clark hall大气模式(
7 )或WRF中尺度模式(
8 ]。在模拟耦合影响的努力卓有成效的即使在大型火灾的规模(几平方公里),Rothermel模型可能会谨慎的使用风能和斜率的影响在传播的速度是通过系数来表达实验通常安装在风力值和不相关的。此外,风输入火灾区域模拟,如Rothermel模型,在当前的操作环境中使用时,几乎总是一个近地表(时间和空间)的意思是风天气提供了一个观察站(通常是几百公里远离火),或者一个天气预报预测模型与决议tens-of-kilometer规模。业务预测表面火焰传播,因此,基于输入风
如果火不是这里 的变化,也就是说,没有当地风场和火行为由于火/大气耦合可以考虑。
为了解决这些问题,火灾面积模拟器,名叫ForeFire,基于传播速度模型的Balbi et al。
9 ]了。为了研究火灾/大气耦合而瞄准操作ForeFire仿真代码,它已经加上Meso-NH模型(
10 ]。在一个方法类似于克拉克et al
。 (
7 ],中尺度大气模型耦合降低前跟踪火灾模型。这个设置允许调查方面的差异引起的大气反馈传播速度和行为。这种组合的主要创意驻留在Meso-NH是运行在一个大涡模拟(LES)配置和传播的速度模型用于ForeFire提供了一个物理公式考虑风能和斜率的影响。
2。数值模型和耦合方法
为了数值两大气和火灾模型,人首先确定负责实际的耦合的物理现象。
造型大气的影响在火上(风的影响,湿度,等等)是一个复杂的主题,经历了很多的研究。造型如此强烈非线性依赖(而且当斜率是考虑),迫使操作等火灾模拟器Farsite考虑很简单模型(通常情况下,假设传播速度是线性对风速度正常的前面)。这种影响也是一个挑战甚至nonoperational研究型火模拟器火模拟器FIRETEC或世界粮食日。在我们的例子中,这些现象体现在理论和physicallybased Balbi模型等。
9 提出了以下的传播速度
。
关于火的反馈在大气中,每个人都应该考虑几个现象,比如通过对流加热和辐射传热和修改粗糙度的树冠。在这第一次尝试单独调查两种模型的数值耦合能量通量从大火前考虑大气模型边界条件。不过,火空间尺度上通常比的规模降低分辨率的大气(通常的顺序hundreds-of-meter在我们的模拟)。因此,前面跟踪方法用于模拟火灾前需要一个更高的分辨率比大气模型。
2.1。火焰传播模型和模拟器
传播的速度(ROS)模型火前(见,
9 )是基于假设火焰表演湖是一个倾斜的辐射板采暖面前的植被。它提供了一个分析制定传播速度占坡,风速和燃料参数的影响。它属于家庭Rothermel-like模型,描述的火灾行为只是火焰的传播速度的平均值。虽然比Rothermel配方更完整,几个物理假设流是为了获得的速度传播
R
为了提供实用的计算可及火灾区域模拟(与模型解决全n - s方程如wfd或FIRETEC)。
读者被称为Balbi et al。
9 ]完整模型的推导过程。自洽性,我们将回顾这里的主要假设。
(我)
火焰的形状假定地面三角形与基础尺寸由前面的深度在正常的方向。
(2)
在火焰的速度是风的几何和火焰位置和浮力速度。
(3)
预热只是辐射引起的(无热对流)。
(iv)
输入空气流火焰化学计量。
(v)
随着时间的推移降解动力学是恒定的;即热释放燃烧的燃料在燃烧时间是恒定的
R
T
。
(vi)
传播是正常到现有的前面。
最后,模型的传播速度
R
可以归纳为
(1)
R
=
R
0
+
一个
R
1
+
(
R
/
r
0
)
因为
γ
(
1
+
罪
γ
- - - - - -
因为
γ
)
,
与
R
0
的传播速度零风和斜率(测量)和辐射系数。
相对于地面正常火焰倾角
γ
(包括风
U
,浮力效应
u
0
和斜率
α
)是由
(2)
棕褐色
γ
=
棕褐色
α
+
U
u
0
。
模型参数安装,或者可以从燃料属性(见,推导出Balbi et al。
9 ])。鉴于这种速度据说每个点的火,一个拉格朗日跟踪方法用于模拟火灾前的演变,历史方面的手段,也燃烧区域的进化。
ForeFire [
11 ]仿真代码使用的速度模型,以整合前表面使用前跟踪方法。在这个拉格朗日方法,火前线分解为一组连接点或标记。根据配置的两个邻近的标记,每个标记都是影响前面的法向量指向未燃烧的材料,如图
1 。前面的形状表示成一个多边形,法向量是近似的角平分线。前面是传播向外的多边形(图中白色
1 ),而标记在顺时针方向有关。
前跟踪和标记。沿着firefront圆圈表示标记线。箭头显示传播向量(当地角的平分线标记
P
0
之间的点左,
P
l
点吧,
P
r
)。灰色区域表示燃烧燃料。
(一)
![]()
(b)
![]()
每一个标记的速度是由传播的速度模型Balbi et al。
9 和方向,伴随着正常火面前。这个方法被选中由于其计算效率,并且能够以高分辨率模拟接口的传播(不到1米)需要考虑不同的疣状赘生物,道路,房屋,火烧了大面积的典型火灾事故(数百平方公里)。确实,用平流输送不到一米的标记在每一步,燃料被标记可以细粒度空间以便nonburnable道路等领域或发生火灾。估计如果火能或者不能通过nonburnable区域,燃料参数之前,检查所有消防标志沿着正常的距离等于前面的厚度。
火前厚度由调查方面的历史。每个标记都有一个“父”标记,每个父保持在内存中点火的时间。用一个简单的追溯的父母直到找到一个完全燃烧(当前时间优于点火时间和燃烧时间的总和
τ
),一个可以找到火灾的后方地区,因此火灾前的厚度。应该注意的是,这个计算的厚度只是一个近似的理论面前厚度的方向正常需要Balbi et al。
9 ),但允许高度不稳定的影响,当火前跨越不连续(燃料、湿度、或地形,例如)。
2.2。Meso-NH大气模型
Meso-NH是一个滞弹的nonhydrostatic中尺度模式(
10 )旨在适用于所有尺度从大(天气)规模小(大涡)尺度,可以加上一个在线大气化学模块。对于火耦合应用程序,运行Meso-NH大涡模拟配置(
Δ
x
≤
50
没有化学m)模式。湍流参数化是基于1.5订单关闭(
12 ),预后的湍流动能方程3 d。我们选择开放边界条件对所有测试。动量变量是流水与中心4日订单计划,而标量和其他气象变量与一个所谓的流水单调分段抛物线法(
13 ]。外部化的表面模块SURFEX(旨在提供physicallybased边界条件在地面Meso-NH)用于火灾模拟反馈。
2.3。耦合大气和火灾模型
最后,一个专门设计的耦合组件执行模拟同步,数据转换,和插值。
火灾模型在大气模型作为一种新的边界条件,即注入热通量
问
e
(W·米−2 ),水汽通量
W
v
e
(公斤·米−2 )和辐射温度
T
e
(K)。多边形剪裁是用来推导出燃烧表面的大气细胞(指出
年代
b
细胞总面积)指出
年代
c
(
Δ
x
Δ
y
)
(图
2 )。大气燃烧率为每个网格单元而著称
R
b
=
年代
b
/
年代
c
。
图2
燃烧区域的一体化。红色形状代表了火。集成每个大气细胞进行计算燃烧面积在细胞面积的比值。
![]()
因为只有一部分细胞燃烧,一个等价的平均辐射温度对整个细胞从一个名义上的火焰温度
(
T
n
)
从大气和土壤温度模型
(
T
年代
)
。
T
e
是由
(3)
T
e
=
(
1
- - - - - -
R
b
)
T
年代
4
+
R
b
T
n
4
4
。
等效热通量对应热气体列在一个大气的能量细胞从名义上的对流热流近似
(
问
n
)
与
问
e
=
R
b
问
n
。最后,相当于水蒸气通量,代表的水蒸气蒸发从植被在大气内插单元从名义上的水蒸气含量
(
W
v
n
)
与
W
v
e
=
R
b
W
v
n
。
T
n
是950和1100 K之间的燃料模型参数实验测量和不同石油/树脂/木质素植被丰富,和所有实验,设置为1000 K。
T
年代
一天在地面温度。
W
v
n
的水分含量,被认为是单位面积上的燃料。
所有大气的操作执行网格细胞在地面上,也就是说,构建三个矩阵传递到大气模型作为附加边界条件在每个时间步的大气模型。
关于大气在火上传播的影响,风是使用bi-cubic空间插值方法的标记的位置和时间,假设风的价值观,湿度,大气变量恒定在整个大气时间步。从第一个大气所有大气模型值近似水平。坡度角火焰传播方向的估计从海拔之间的高差火标记和高程位置投影估计后燃烧的时间
R
T
。每个海拔也获得了双立方插值法。
3所示。理想的实验装置
为了评估的能力提出了耦合方法和估计的耦合影响地形、风火蔓延,五个测试对应一套部分的林提出的配置等。
14 )和解决由同一作者使用火蔓延模型用于小尺度比这里介绍,从而使这些模拟参考模型设计大型火灾。应该指出,林的配置等。
14 相比]是理想化的,没有实际的野外观察。鉴于实际情况缺乏观察场景中,唯一可用的方法评价模型像MNH / ForeFire直接与“参考”的模拟,如由林et al。
14 ]。
域大小设置为640 * 320 * 500的所有情况下大气模型和离散的笛卡尔网格参数是16米的水平间距(在地面方向)和平均20米的垂直间距。边界条件是作为开放的边界条件。
基函数用于创建不同的地形从绝壁et al。
14 ),函数是用来创建一个理想化的平坦,峡谷,山坡岭,upcan地形。在这些模拟,植被被建模为草燃料床上与一个非均匀林冠细节离散树一样好。这种级别的优化是不直接相关的传播,植被模型假设在我们的模拟均匀的所有模拟域。这些值是基于平均值推断从实验研究
15 )表现出传播速度在侧翼(相对不受风力影响或斜坡)接近瀑布模拟的et al。
14 ]。这导致平均干载油量7公斤·m−2 和参数表
1 。
表1
实验参数,
一个
:辐射因子,
R
0
:无风传播率和斜率,
r
0
火焰厚度速度因素,
u
0
:火焰气体速度,
R
T
:火停留时间,
问
n
:名义上的热通量,
W
v
n
:名义水汽通量,
T
n
:名义上的辐射温度。
一个
R
0
r
0
u
0
R
T
问
n
W
v
n
T
n
1.5
0.1 m·s−1
0.01 m·s−1
5 m·s−1
30年代
250千瓦·米−2
0.1公斤·米−2 ·年代−1
1000 K
大气模型背景风场是完全相同的,值的6 m·s−1 持续的高。点火线路在所有情况下设置为8米60的火行位于域的中心。被动标量的示踪剂分布设置为每个网格点的燃烧率和大气为每个时间步作为标记用于烟注入。
数据
3 ,
4 ,
5 ,
6 ,
7 目前的仿真结果持平,峡谷,山,脊,upcan情况下点火后120年代。在所有的数据,红色代表火燃烧时的快照,而灰色区域表示相同的前一个“非耦合模拟。条款分开代表没有火的双向耦合模拟和大气考虑;大气模拟仍然执行,在拉格朗日标记位置和大风仍由大气数据的插值。斜率计算同样在每种情况下,因此,唯一区别红色和灰色情节考虑大气开火的反馈(影响大气的火是模仿同样在这两种情况下)。
图3
平(a)水平截面(
x / y )
Z = 10 m,火行120秒后耦合(红色)和noncoupled(灰色)模拟。箭头表示在地面风矢量耦合的情况。(b)横截面(
x / z )的耦合情况
Y = 160,阴影代表注射被动示踪剂的浓度。(c)三维风场和被动isocontours示踪剂浓度。
![]()
图4
峡谷(a)水平截面(
x / y )
Z = 10米,火行120秒后耦合(红色)和noncoupled(灰色)模拟。箭头表示coupledcase风矢量在地面上。(b)横截面(
x / z )的耦合情况
Y = 160,阴影代表注射被动示踪剂的浓度。(c)三维风场和被动isocontours示踪剂浓度。
![]()
图5
希尔(a)水平截面(
x / y )
Z = 10 m,火行120秒后耦合(红色)和noncoupled(灰色)模拟。箭头表示coupledcase风矢量在地面上。(b)横截面(
x / z )的耦合情况
Y = 160,阴影代表注射被动示踪剂的浓度。(c)三维风场和被动isocontours示踪剂浓度。
![]()
图6
脊(a)水平截面(
x / y )
Z = 10 m,火行120秒后耦合(红色)和noncoupled(灰色)模拟。箭头表示coupledcase风矢量在地面上。(b)横截面(
x / z )的耦合情况
Y = 160,阴影代表注射被动示踪剂的浓度。(c)三维风场和被动isocontours示踪剂浓度。
![]()
图7
UPCAN (a)水平截面(
x / y )
Z = 10 m,火行120秒后耦合(红色)和noncoupled(灰色)模拟。箭头表示coupledcase风矢量在地面上。(b)横截面(
x / z )的耦合情况
Y = 160,阴影代表注射被动示踪剂的浓度。
![]()
在平坦的情况下(图
3 (一)),大火背后的流基本上仍未受影响。仿真揭示了一个区域的融合在前面一些再循环,位于火羽流(图的基础
3 (b))。羽相对较弱,影响流的高度60 m /地面。整体流速度不大大不同于原始流的速度6 m·s−1 。然而,局部增强的表面速度由于火灾和大气之间的耦合会导致更大的ROS的火noncoupling相比情况。这种效应可以归因于诱导风在考虑耦合模拟。
大峡谷(图
4 )清楚地启示中国政府强大的影响力,考虑火灾和大气之间的耦合模拟的火灾动力学。在这种情况下,表面风强烈下降的峡谷地形影响。这些影响并不完全由增加的斜率补偿,我们观察到较弱的ROS比平的情况。在这样的场景中,诱导风过程中起着重要作用的动态火灾蔓延,和耦合模型的使用导致增加物理的ROS和更好的会计。
相同的斜率和相同的风速,希尔(图
5 )提出了一个稍微不同的行为。融合的面积坐落在这里的火面前,最大风速是火的头。由此产生的倾斜角度导致更强的ROS和更大的燃烧注射区域。考虑之间的耦合影响的大气和火也至关重要的预测的速度传播。出具在山上的情况下,预测noncoupled模拟可以低至一半的速度传播预测在耦合模拟。
岭测试用例的结果呈现在图
6 。地形影响的结果在一个不断扩大的燃烧区域的横向风力由于坡梯度方向。在这种情况下,考虑的影响大气中开火的反馈更大大改变了前面的传播速度,但仍有一个很大的影响的深度火面前。
结果upcan测试如图
7 。火的缩小头岭相比情况因子3在我们的例子中,而林et al。
14 )结果显示大约一个因素。但在这种情况下,模拟的耦合方法提供了更高的利率比noncoupled传播模拟,占强诱导upcan风。
最后,图
8 礼物对于所有情况下火焰的传播距离前面的风向三种不同类型的模拟:
(我)
结果林等。
14 使用FIRETEC),也就是说,火焰传播的解决使用完全解决n - s模拟器,
(2)
结果ForeFire的非耦合模拟,Rothermel-like传播模型没有反馈占大气中开火,
(3)
结果ForeFire耦合模拟
, 即Rothermel-like传播模型与注入的热,蒸汽,被动标量。
传播距离火前时间的函数的峡谷,平坦,脊(a)和Upcan希尔(b)病例。Firetec结果代表在dashed-dotted线,而非耦合结果虚线所示和在平原线耦合的结果。
(一)
![]()
(b)
![]()
一个可以直接联系与传播的速度传播距离的导数绘制在图
8 ,因此对每个模型的行为作比较。随着FIRETEC模拟占比我们的模拟物理现象,假设林等人的结果。
14 )代表参考模拟。
FIRETEC结果相比,非耦合,耦合模拟显示的低估率在所有情况下传播。尤其这样的模拟时使用的传播模型ForeFire不能捕获发生在过渡政权的不稳定影响。尽管低估可以部分归咎于燃料性质的不同在我们的模拟和林et al。
14 ),我们决定不改变传播模型的参数,以评估只考虑完整的火/大气耦合的影响。
图
8 表明,考虑火灾/大气耦合总是改善结果的传播距离。“改善”一词应被视为“结果与参考模拟FIRETEC”更好的协议。这些改进两种类型。
一方面,平岭和峡谷案例展览只传播距离的定量预测的改善。的确,没有改变在火前观察到的行为与非耦合耦合模拟。这是最好的峡谷和扁平的情况下传播速度往往非常低的值而FIRETEC模拟不显示这样的行为。这些低价值的传播率的模拟是缩小的后果的头在我们前面均匀地面植被,而在FIRETEC模拟,人们猜测火传播主要集中在皇冠。
另一方面,希尔和upcan情况下,一个绝对需要一个耦合模拟为了获得微妙的影响,如速度提高的火,能够预测合理的传播速度。在这些情况下,表现出不同的行为模拟无火/大气耦合的耦合的传播的速度往往非常低的值如果分开,而耦合模拟显示的传播类似于瀑布的观察et al。
14 ]。
只有比较模型,模型,两个模型的准确性(和计算成本)是不同的和比较结果从火灾区域模拟的大气模型耦合到如ForeFire / MNH n - s解决如FIRETEC再次评估我们的模型结果的好方法。结果结果表明,考虑火灾/大气耦合似乎ForeFire等强制性即使在火灾区域模拟。作者认为这是一种很有前途的方法改进的模拟器不容忽视,而拟合Rothermel-like传播模型。
4所示。模拟实际情况
耦合的目的火灾区域模拟的大气底层Rothermel-like(模型)是建立一个可负担得起的数值计算工具,操作使用,同时提供一个框架为以后改进基于物理。然后我们进行模拟的耦合方法在两个真实的案例场景(相对证据确凿的火灾)。这两个火灾发生在科西嘉人的地区,从而促进燃料的可用数据的访问。
4.1。仿真设置
耦合模拟的运行在2.5公里×2.5公里×1.5公里域上离散
50
×
50
×
30.
大气模型的网格仿真(
Δ
x
=
Δ
y
=
Δ
z
=
50
米)。地形是由BDTOPO (IGN数据库)和一个50米的精度。植被从干扰素数据库提取和分类之间均匀地中海马基群落,燃料和nonburnable地区代表的道路和建筑。
大气状况都初始化与无线电调查从阿雅克修站在当天中午火(图
9 )。
温熵图为例700 mb
1 (一)和
2 (b)。厚线代表温度和稀释剂的露点温度。风速剖面为每个病例是由风箭每个图的右侧。
(一)
![]()
(b)
![]()
模拟运行至强3.0 Ghz处理器(4芯)它大约需要4小时的模拟来获得一个小时的传播现实物理空间。在这些模拟,火传播占不到5%的总CPU时间,具体时间点是困难,因为前面跟踪算法消耗的数量取决于标记的模拟。
植被在两种模拟由灌木,类似于[燃料模型描述
15 ]。唯一不同的模型参数表
1 植被含水量,是反映在一个更大的吗
R
0
、水蒸气排放和低
u
0
。对于这两种情况下,植被水含量被认为是相似的,对应于连续三天不下雨,达到环境湿度(60%相对空气湿度在这两种情况下)(表
2 )。
表2
实验参数,
一个 :辐射因子,
R
0
:无风传播率和斜率,
r
0
火焰厚度速度因素,
u
0
:火焰气体速度,
R
T
:火停留时间,
问
n
:名义上的热通量,
W
v
n
:名义水蒸气通量和
T
n
:名义上的辐射温度。
一个
R
0
r
0
u
0
R
T
问
n
W
v
n
T
n
1.5
0.12 m·s−1
0.01 m·s−1
4 m·s−1
30年代
250千瓦·米−2
0.03公斤·米−2 。年代−1
1000 K
例1 (Vazzio)。
Vazzio火灾发生在2007年10月16日近了。周围的火点燃14:30一天稳定和干燥的气象条件,地面温度20度。无线电探测在机场大约三公里在12:00给予持续的西风吹约4 - 5 m·s−1 阵风的差不多大小。在活动期间风改变了方向,但没有无线电探测占风力变化,仿真运行只有西风迫使风。火几乎经历了自由传播,直到15:40和终于停止约18:30,是主要的负责人由空袭面前。烧到0.60公里2 燃烧的土地面积轮廓图
10 。
图10
情况下
1 :模拟和观察羽。着火后给出模拟柱1 h(蓝色线代表当时火前)的观察是大约在同一时间。
![]()
例2 (Favone)。
Favone火灾发生在2009年7月8日附近的村庄Favone(东南Cosica)。消防检测几乎和有经验的自由传播到下午15时在一个持续旋转的风力约4到5米·s−1 。火势沿侧翼保护,通过马路,来到大海16:00时已经售完。彻底灭绝的火被宣布为19:00,总燃烧面积25公顷。在Vazzio的情况下,直接对比模拟和观测要小心处理,不考虑消防模拟(考虑到消防是可能的,但消防信息匮乏)。
在第一种情况下,大气状况稳定,干燥的地面温度27度和西方的西风吹约5 m·s−1 。
4.2。结果与讨论
为选定的大火,是不可能收集具体量化措施在火羽流(如高度或烟雾浓度在特定点);然而,定性分析是可能的,因为采取了一些照片在这火灾,从而使一些定性验证。仿真的目的是作为一个决策支持系统,一个令人满意的验证将是比较通用的羽流以及修改的风场的影响。对所有模拟,烟尘浓度单位·m−3 对应于被动标量示踪剂,一个单位被注入每一秒每板牙广场。风提供的m·s−1 。
一般在两种情况下所观察到的行为的分离柱在两个截然不同的地区,第一个(从前面大约500米)是对流强列,第二个,更加分散,大气流动的运输烟到大气中。
与这种行为结果定性协议在这两种情况下(数字
10 和
11 )。以防
1 ,火羽流的第一部分集中,不透明,厚的区域变得突然弥漫的烟雾。以防
2 (图
11 ),是分开的两个部分,上半部分改变方向而捕捉更高的大气之风。改变方向和形状都是依照温熵图(图
9 ),地面大气层约100米高的可以观察到的温度下降更快。
图11
情况下
2 :模拟和观察羽。给出模拟柱50分钟后点火(蓝色线代表了当时火前),观察了大约在同一时间。
![]()
另一个可以在图的观察
11 (例
2 )是最初的分离柱分为两部分,一个在每个侧面的火。从这幅图中,我们可以注意到,两侧翼产生两个羽毛后重新加入最活跃的火堆前。模拟复制这种行为具有相同的初始分离柱上合并而最活跃的部分。虽然这两种对流列似乎清楚地分开,很难分析和流的画一幅画在列和区分清楚contrarotative行为模拟输出离散时间步骤主要代表涡流沿着这些列。
图
12 显示了一个厚厚的沙尘与烟很少在海上运输到达岸边。类似的行为是观察到的模拟,与前面大约在同一时间到达马路厚,格式良好的羽毛。不过,看来柱平面之间的夹角和海洋平面不是好代表,但不知道确切的时间的图片或点火的时候,还不可能使用这种观察的定性测量验证。
图12
情况下
2 :模拟和观察羽。给出模拟柱50分钟后点火(蓝色线代表了当时火前),观察了大约在同一时间。
![]()
对所有模拟,模拟柱的结构不是在现实世界一样精致,但这主要是由于相对较低的大气模拟的网格细化(50米)。模拟的方向和高度的羽流类似于观察到的。然而,色散似乎低估了在我们的模拟仿真的羽流扩张略低。这个缺点可能主要源于耦合流动注射的火灾模拟。如前所述,在本文的迫使通量火是热通量,水汽通量和辐射温度。因此,没有湍流动能直接注入大气模拟,因此,精细结构特征长度小于50米(观察火和假定为大气的风潮)不考虑在目前的耦合。
数据
13 和
14 现在中间和最终形状情况下前面
1 和
2 。该模型的一个主要特性是能够模拟地形的影响如火由波峰监禁。在图
12 (例
1 ),我们就可以观察到模拟轮廓图
12 与观测结果更好的协议有关的北面火面前,在变化的斜率影响保持火山顶的一边。与一个常数,noncoupled风场,模拟前是经过山上,不按照观察火。
图13
情况下
1 Vazzio火:模拟结果和观察。蓝色:模拟火灾轮廓在下午15:30 (1 h)后,格林:模拟轮廓晚上6:30,黄色:模拟轮廓晚上6:30(非耦合);红色:最终观察到火的轮廓。
![]()
图14
情况下
2 Favone火:模拟结果和观察。蓝色:模拟火灾轮廓在15:50(后50′′),格林:模拟轮廓19:00,黄色:模拟轮廓19:00(非耦合);红色:最终观察到火的轮廓。
![]()
主要耦合风场的影响情况
2 (图
14 )是点火点附近的加速度。这风加速的直接结果是适得其反传播慢得多,有更好的根据观察。
然而,风的副作用耦合仿真加速度附近前面是限制侧翼的面前。对于这两种情况下,耦合模拟似乎低估了火灾的传播;尤其是在Favona火(案例
2 ),如火,在其为两翼,至今仍被低估的模拟。
策划一般表面的风场模拟是不可能的因为字段从耦合仿真是动态的和不断变化的模拟。
5。结论
为了能够模拟微妙但重要的物理现象,如诱导风或烟雾弥散,耦合模型已经开发了同步MesoNH大气模型和基于物理的拉格朗日跟踪前面ForeFire野火模拟器。使用一个简单的耦合方法,大气模型能够模拟火灾引发的大气动态以及随后对活性氧的影响与有意义的结果。
五个理想化的场景允许模拟诱导流模式所观察到的类似从模拟由瀑布等。
14 与HIGRAD / FIRETEC]。横向拓扑的影响似乎更重要的在我们的模型的扩大/缩小头火明显更大的在我们的模拟。这些模拟的主要特征仍然是火的头在风中传播速度方向表现出类似的行为所发现的绝壁et al。
14 在耦合模拟。使用这样的火/大气耦合是强制性的两个五例与FIRETEC检索行为与模拟。结果显示大改进预测的传播距离沿着风向情况下使用耦合模型。的传播率仍被低估,但表现出更强的定性协议参考模拟。这种行为是特别感兴趣的,因为执行HIGRAD / FIRETEC模拟流和火模式在如今复杂的植被分布与高分辨率计算的大规模荒地火灾。
然后提出了耦合模型应用于两个真实的案例场景并与观察。定性模型的行为类似于模拟真正的火火羽行为而言,传播与明显的羽相似性基于照片的实际火灾的那一天。然而,尽管前面的速度公式用于这个研究没有建造使用输入风”为火不存在”,仍然是一个相当参数模型,必须加强。
本文目的是离开火灾区域模型,迫使风场耦合风场可以代表当地的扰动影响火行为。因此,考虑到相对较小的计算时间(几小时中型小型集群)开火,这些模拟似乎提供了一个良好的洞察力风火羽流的行为和效果。
作为决策支持工具,耦合模拟可以帮助预测羽大小、传输色散和烟尘浓度在地上,保护人民最重要的信息,预测消防员的可见性损失和公民交通一般。
更多的工作现在对森林火灾进行传播代码为了使用一个更好的,非参数、描述火的燃料。进一步增强也计划执行模拟大型过去的火和模拟的在线化学模块Meso-NH调查火灾烟雾和粒子运输与激光雷达测量和验证。