这个观察研究记录了大气环境规定的火灾进行了在一个狭窄的山谷小火旋转发达在中尺度风逆转。原位气象测量分析的基础上,假设,由于形成的火焰旋涡的存在引起的强烈垂直风切变的交互海风面前弱up-valley风。相互作用产生的涡度的风切变和火面前估计~ 0.2 s<年代up>−1年代up>。湍流动能峰值是由于风切变而非浮力产生的火。也发现对流弗劳德数本身并不足以满足火焰旋涡的预测,因为它不太相关所产生的近地表湍流边界层环境风切变。观察从这个案例研究表明,低强度规定火灾会导致火灾的形成旋转由于中尺度环境大气环境的变化。
林野火灾是一个物理过程,响应变化燃料,地形和天气。之间的复杂的相互作用这些偶尔会导致极端行为。极端的火灾行为定义为国家跨部门消防中心意味着一定程度的火行为特征,使火灾难以控制,涉及到一个或多个以下:传播率高,多产的加冕和/或发现,火旋转,和强烈的对流列。极端的火灾行为可能导致损害社区消防安全和增加危险。最有趣的一个极端火行为是火旋转的现象。Forthofer et al。
几个环境因素影响形成的火旋转涡度、大气稳定,和地形。涡度可以在大气中产生环境垂直风切变形成漩涡和旋转表面的空气(
大气不稳定火焰旋涡开发的有利条件,因为强烈的上升气流产生的一个不稳定的大气本身可以开始火旋转(
火灾李在陡峭山坡消防旋转发展良好的现状(
在先前的研究中,集中机制被认为是火焰旋涡形成的来源(
似乎有相似的条件下火灾旋转和尘暴的形式,如大气不稳定和低空风切变。小火旋转也大小的尘暴,通常直径从6到60米(
火旋转时曾被观察到在荒地火灾,一些观察性研究成功的原位测量的大气环境和火行为的同时,从而动态的了解还不是很清楚。本文观察在山谷风逆转和草火之间的相互作用是研究火焰旋涡形成的原因进行调查。此外,对流弗劳德数,环境湍流动能,及其引发的火灾行为与以往的研究进行了分析和比较。
观察活动期间进行植被管理火(规定燃烧)由卡尔火(加州林业部门和消防)2008年10月7日在约瑟夫·d·格兰特县公园。公园位于暗黑破坏神圣何塞以东大约6.5公里的范围,加州和太平洋以东60公里(图
那天天气条件规定的燃烧是温暖干燥的影响下建筑高压岭东太平洋和弱热槽在加州中部。浅层的层云局限于圣克拉拉谷脊下波峰观察清晨,但层没有填进了大厅的谷网站前一天晚上由于地形阻塞。附近的远程自动气象站(画)温度数据支持,凉爽的海洋空气仍低于500实验室周围画站(图表示
为了确定环境大气稳定性和垂直风谷网站,进行雷达气球探测在谷底~北西北1公里的燃烧装置,在0800 PDT(太平洋时间)。浅逆温层表面附近500榴弹炮温度剖面图(图是显而易见的 (一)空气温度的垂直剖面
这个实验的目的是捕获和描述fire-atmosphere交互在草地火使用高频测量。为了捕获通过火的微气象学方面,6.7 m牵拉,钢塔的中心附近部署单元和火焚烧前被允许直接燃烧之下(图
文档外的大气状况发生的燃烧装置,便携式气象站位于顺风,大约150米外的东南角燃烧单元(图
火行为包括传播率和演变的火前记录使用数码单反相机(佳能公司40 d)与1 Hz时间流逝的功能。相机时钟是同步数据记录仪的时钟,时间流逝摄影可以比时间序列数据进行分析。
规定的火灾的目的是根除草入侵物种;然而,该网站是填充本地橡木种类要求低强度支持火(火移动风向对面),以限制使用的橡树。实验计划是利用燃烧操作和测量fire-atmosphere交互在草地火。一个特定的目标是确定的角色精细fire-atmosphere着火的交互行为期间通过一头火(火与风环境传播),需要燃烧船员点燃一行,头火逆风的仪器。
在最初的燃烧,从东南风,作为up-valley风(图
时间序列的5分钟平均风速和风向的室内塔(图
地表环境的演变随着海风到来,以及火焰旋涡形成的时机和耗散,如图
火观察旋转大约35米西的室内塔(图 延时的火焰旋涡演化的照片在一个山谷风的逆转。时间显示在PDT在每个面板的底部。
时间序列1 Hz沿着山谷(A)和(b)垂直速度, 风速时间序列的(a)、(b)风向,(c)相对湿度(RH)和(d)压力测量室内塔和顺风画12:30至13:00 PDT。塔数据和画数据平均在1 s和1分钟,分别。蓝色代表内部塔和黑色代表了画。
风塔揭示观察到一个相当复杂的湍流结构,因为火前和互动的存在两种对立的大风。因此,它只允许我们假设什么导致了涡度形成的山谷。在平坦的地形,海风的前沿,成为冷流密度通常是反对强迫向上和向后从前面的风,沿着其接口创建Kelvin-Helmholtz巨浪,反对环境风(
延时摄影的进一步分析表明,火焰的旋转柱旋转,最初形成于火,火行背后的感动,可以解释的涡度平流up-valley流或从一个压力扰动的发展/梯度之间形成火前面和后面的燃烧区域的冷空气un-burnt区域的火前(
虽然single-point-in-space塔测量在这个实验中不直接提供足够的必要参数的水平涡度计算假设形成的火,可以估计几个假设下的涡度。二维相对涡度场
本节研究近地表湍流结构测量海风磨合期间,与火焰旋涡发展相关的时期,FFP发生。一个变量通常用来量化大气湍流是湍流动能(TKE)。TKE被定义为每单位质量的动能与环境风切变的数量目前大气层中的( 图 时间序列(a) 30年代平均湍流动能和1分钟平均显热通量,(b)、(c)和(d)平均30年代 大幅增加的TKE PDT是由40分至43分
在先前的研究中,火灾强度主要用来确定产生的火灾行为。然而,为了确定火灾作用对火焰旋涡的发展,热释放或火灾强度必须量化。邓炎昌[ 时间序列的平均1 s (a)总热通量,
Near-flame羽流温度测量使用热电偶数组作为火灾前通过了塔。不同的辐射热流测量从燃烧的前面,观察到的羽流温度(图
为了确定火灾强度对角色产生的火灾行为和由此产生的大气循环对流弗劳德数进行了分析。对流弗劳德数,
本文观察了一场小火灾发展的旋转形成在草地火在一个狭窄的山谷进行规定。气象条件和热释放测量塔位于附近的火灾进行分析,以确定什么导致观察到的火焰旋涡形式。这项研究的重要发现包括以下。
火焰旋涡发生与海风的到来前在一个狭窄的山谷,最初是由白天up-valley流。两种对立的环境流产生低级,垂直风切变。我们假设火旋转是由风切变的交互与火面前。火旋转形成的火面前,流水在火前在其进化。涡度平流的是由up-valley风或压力扰动的形成在防火线。
估计涡相互作用产生的风切变和火~ 0.2年代前面<年代up>−1年代up>落在范围级模拟的詹金斯et al。 湍流动能的环境风切变(~ 10.4米<年代up>2年代up>年代<年代up>−2年代up>),由风逆转,两倍大小比湍流产生的浮力引起的火灾。因此,环境风切变是最有可能的火焰旋涡发展的主导机制。
明智的和总热通量测量在火前一段表明,火旋转形成在低强度(~ 12 kW m<年代up>−2年代up>),控制火草。
对流弗劳德数, 消防管理,在中尺度风突然逆转,甚至一个昼夜,山谷风转变应该仔细监控由于存在两种对立的流动是一个火旋转的发展的有利条件。虽然风转变可能是短暂和本地化,极端的火行为的潜在可能高,因此应该被视为一个小心的情况。
风突然转变的重要性和近地表TKE因此强调的火焰旋涡发展潜力。类似的场景在复杂地形风的逆转是可能的在山谷风从夜间排水流向白天up-valley风可以配合林野火灾。此外,表面进一步发展风能预测在复杂的地形
这项研究支持合资公司与美国农业部研究协议北部研究站。07 -企业- 11242300 - 073。作者感谢卡尔火圣克拉拉单位特别是营首席戴夫·麦克莱恩进行规定的燃烧和适应他们的研究目标。他们也承认圣克拉拉郡公园和娱乐部门的使用许可证。他们也想承认刺激讨论与美国农业部林务局的杰森Forthofer FireLab在米苏拉,MT和吉姆Steenburgh从犹他大学的教授。最后,他们感谢三位匿名评论者的洞察力的评论大大提高了清晰度和本文的总体质量。