火焰旋涡演化期间观察到的一个山谷风浪微风逆转

文摘

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⁻¹。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。

1。介绍

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。1]火旋转定义为面向垂直旋转列附近的空气中或火灾。火旋转往往伴随着极端气象条件和fire-atmosphere交互。火旋转可以运输火远远超出了火面前,他们也可以垂直传播火焰。格雷厄姆(2)观察到火焰旋涡,成为暴力足以折断的树木在他们的基地。

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(3]。Umscheid et al。4)观察和拍摄一个大的火焰旋涡,持续了大约20分钟,发生在一个缓慢移动的冷锋,预先存在的环境垂直涡度与小麦留茬地燃烧导致火焰旋涡的发展。

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(3]。然而,邓炎昌[5)指出,这是一个完全正常的条件大火灾导致下面温暖的空气冷却器空气和火旋转只有现在的气氛是特别不稳定的条件,因此,必须有一些条件以外的不稳定通过加热导致他们形成。

火灾李在陡峭山坡消防旋转发展良好的现状(1,3]。格雷厄姆(6)观察28火旋转形成在山区和报道,20李火旋转形成的斜坡上。岭充当阻碍气流,导致机械诱导涡流背风面。斜率的背风面是一个理想的收敛的上坡和酷的热气体流,反对环境风越过山脊可能导致强烈的风切变。一个破坏性的观察火焰旋涡,Pirsko et al。7)表明,在陡峭的峡谷导电沟道排水流紊流风。Forthofer et al。1)还建议流引导在复杂地形涡度的潜在来源。地形效应在火上旋转形成通常被认为是火灾的主要原因旋转(6,8]。

在先前的研究中,集中机制被认为是火焰旋涡形成的来源(1,3,9,10]。浮力产生的火灾行为收敛附近周围的漩涡和涡度,触发火焰旋涡的形成。倾斜和拉伸水平涡度最有可能发生在燃烧方面,自热气体从火中产生强烈的活跃的强迫。偶尔,火旋转观察到下游的火羽流描绘Fric和Roshko [11]。克拉克et al。12)描述了近地表形成辐合区前的火行由于静水压力梯度引起的倾斜柱和空气卷入对流列。顺风的存在会聚区被克莱门茨et al。13)测量了风的弱收敛的火前使用原位测量塔在一场激烈的草地火生成大量火旋转下游的火前14]。此外,汉利et al。15)发现,海风的到来前在火灾导致临时增加火灾强度增强的融合和垂直运动的结果可能会导致火焰旋涡的形成。

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(16]。Bluestein et al。17)用多普勒雷达测量涡度尘卷风的核心。他们显示测量涡度是类似于一些龙卷风,但最大风速的尘暴弱得多。火旋转和尘暴的主要区别是,火旋转保持旋转柱浮力产生的燃烧的火,而尘暴依靠强烈的表面加热日晒的势能。

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。

2。实验设计

2.1。网站描述

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1)。实验地点位于northwest-southeast面向大厅的山谷,山谷底高程为440米韩剧包围山脊上升660米在西部和东部(图8302)。燃烧单元为0.14公里²在大小(35英亩),燃料由草的混合物包括意大利黑麦(Lolium Multiflotun)、燕麦草(燕麦属Barbata),软布罗姆(叶片Hordeaceus),和紫色针草(Nassella Pulchra)。土壤干燥和燃料是完全治愈。估计燃料装载0.12公斤米⁻²(0.5吨英亩⁻¹)。

2.2。背景气象

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3)。例如,火星科学实验室在海拔223米的明矾石网站受到海洋层,而另一个附近的火星科学实验室画站在海拔500米以上仍高于海洋反演一夜之间(图3)。奥克兰12 z测深(没有显示),位于北部60公里的网站,也显示出潮湿的表层下面500实验室以及弱东北风在地表附近,表明海洋层低于脊高度和没有推动内陆。

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4(一)内),北到东北风层可能是夜间down-valley和下行风(图4 (b))。非常稳定的大气条件和一个清晰的天空很明显在低对流层的测深。然而,听起来并不代表大气环境在点火之前点火自山谷反转了。

2.3。仪表

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2)。燃料被各地的1.5的基础从直接火焰塔为了保护它。塔是配备了一个3 d声波风速计(应用技术,Inc .)、Sx-probe)安装在塔在6米的榴弹炮,四个类型t热电偶(ω,Inc . 5 sc-tt-40)安装在0.15,2,2.7,和3.5米的榴弹炮,温度和湿度传感器(Vaisala公司HMP45C Inc .)安装在2.5米的榴弹炮。声波式风速计采样10赫兹,而热电偶和温度和湿度探针采样在1赫兹。此外,总热通量发出火前测量与Schmidt-Boelter热流传感器(Hukseflux SBG01)附加到横臂安装在5 m的榴弹炮和延长1.5米的塔塔水平。传感器传感器是指在45°角向外和向靠近火。SBG01采样在10赫兹。为了确定时间羽侵犯了塔和仪表,CO的浓度₂烟是采样使用Vaisala公司。GMP343 NDIR探针采样1赫兹。使用坎贝尔科学大厦所有数据都被记录下来,Inc . (CSI) CR3000数据记录仪安装底部附近的塔坐落在一个环境圈地。此外,数据记录仪和塔的底部是防止产生的高温火焰使用防火绝缘缠绕在最低2米的塔。

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2)。3 m三脚架是配备一个温度和湿度探针(CSI, CS215),气压计(PTB110 Vaisala公司),和一个prop-vane风速计(r . m .年轻,5103),所有的采样1赫兹和存储为1分钟的平均使用CSI CR1000数据记录仪。有2 - 3米刷周围的站点,使顺风气象站网站暴露在环境风略低于室内塔网站。

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。

2.4。燃烧进化操作和火线

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5),所以后面燃烧开始燃烧的北部边缘(图2,,)。一旦完成燃烧,燃烧的船员开始行走在仪器塔开始点火100逆风行(南)塔与南风风力传播和通过塔头火。此时PDT(43分)、180°风转变发生在表面,最初支持火开始运行一头火塔(图2,)。正是在这个时候,一个火焰旋涡形成的。

2.5。风的进化逆转

时间序列的5分钟平均风速和风向的室内塔(图5)表明,弱(< 3毫秒⁻¹)南部和盛行的东南风谷,白天up-valley风,通常发生在山谷(18,19]。12:45 PDT, up-valley取而代之的是磨合温和的风(2.0 - 4.5 ms⁻¹)北向西北流与海风激增。

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5。火前旋转形成(42 PDT),一个来自南方的风的组件(135°-225°)观察到塔的位置。海风到来由风向的转变表明,相对湿度的增加PDT时43分。有趣的是指出,北北的第一个迹象风主导谷之后明显的火焰旋涡消散,仿佛加剧北风作为火焰旋涡的中断源。原位测量数据表明,一个更复杂的流型发生在火堆前在过渡期间。这将在以下部分中进一步讨论。

3所示。结果与讨论

3.1。火焰旋涡演化

火观察旋转大约35米西的室内塔(图2)期间,风从南风转向北方。时间流逝的照片和录制的视频图像视觉分析,他们表明cyclonically旋转火焰旋涡形成一端火头的最强烈的火焰出现在那一刻。乡下人(3火旋转)曾指出,形成更强烈的地区附近的大火。图6显示了照片的时间序列在整个进化的火从它最初的旋转形成耗散。~ 1米宽,垂直旋转柱内的火焰出现前12:43:10 PDT(图6(一))。我们推断出的序列数据之间的时间流逝的照片6(一)和6 (b)(图中未显示)涡度已经出现在这一次的火焰。旋转列一直画火焰沿火行成列(图的基础6 (b)),而此时火焰高度达到~ 4 m的榴弹炮在旋转列(图6 (c))之前的火焰完全消失的火焰旋涡。这可能发生,因为近地表流聚合平行于火焰的火前,向底座旋转(记录序列的照片以及视频),限制未燃烧的燃料的点火前的火与火焰向前传播。因此,火焰的基础不再提供给火旋转。尽管最初出现在火的旋转列烟线,观察火焰旋涡形成的完全搬回火前面(图背后的黑色区域6 (d))。刚烧的火焰旋涡还是加强区域(图6 (e))背后的火行没有任何积极的燃烧表明热地面可以提供能源的进一步发展。的最大深度大约200榴弹炮观察(图7)一旦火旋转完全成形(数字6 (e)和6 (f))。垂直速度的时间序列(图8 (b))显示一个积极的速度峰值12:43:38 PDT,紧随其后的是消极的垂直速度直到12:44:00 PDT持久。有趣的是,向下运动的时机观察到大厦发生火灾时旋转消散。因为塔位于35 m远离火焰旋涡,它不能被认为观察到的垂直速度场的演变有关火旋转。水平风速也跌至0.4年代⁻¹(图9(一个))表示从一个风系到另一个过渡时期,短暂的收敛。也观察到火焰旋涡消散的基础(数据6 (g)和7),而旋转和烟雾列仍存在高空(图7)。火漩涡消散后12:44:00 PDT(图6 (h)),观察到北流塔开始加强速度(数字9(一个)和9 (b)),指示的全部发病海风渗透穿过山谷。观察,加强流开始驾驶燃烧的前向塔一头火蔓延的速度。时间流逝摄影表明forward-tilting火焰和烟雾接近塔前面。火焰高度增加也随着环境风速与火焰的高度在up-valley风事件。火行为发生这巨大的变化在一段只有2分钟。

3.2。观察到的涡度的演变

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(20.,21]。垂直切变与反对流动可以产生所谓的双曲风速剖面(12)在低水平导致的发展水平涡度垂直于风向保持一致。当这种类型的风切变与火,一对近地表漩涡前可能会火行,最终降落在火灾中由于平流所描述的詹金斯et al。22]。旋转的漩涡是由水平的倾斜涡度在垂直上升气流与火有关。他们的模拟还表明,一个恒定的环境风速剖面可以产生漩涡,但在火堆前。漩涡附近的火行可能发挥重要作用的发展火旋转如在这个案例研究中,尤其是当火是风力和地表风驱动的漩涡遥遥领先火行进一步顺风。相比之下,一个温和的环境风慢慢减少与弱垂直剪切高度不促进极端的火灾行为证明了詹金斯et al。23]。

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(12]。在人物的照片6 (b)- - - - - -6 (d)火,火旋转从12:43:27 PDT(图6 (c))向西北方大约6米一个点估计在图6 (d)背后的火12:43:33 PDT。当时风向100°速度为1.5 2 ms⁻¹(数据9(一个)和9 (b))允许涡度平流输送一段3 - 4 s。

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。二维相对涡度场描述Heilman [24)被定义为 在哪里垂直速度和吗是along-valley风(海风和up-valley风)组件,垂直于火。瞬时风速组件40分至46 PDT在图所示8。我们确定从(1)通过对比垂直速度测量直接在火前,消防通道(FFP)前发生,估计距离10米(火前和塔之间)。定义的FFP克莱门茨et al。14)的最大热通量测量塔。的火面前是最接近塔高峰,热流辐射计测量的声波风速计的显热通量。观察到的最大垂直速度与火灾相关(图前面8 (b))~ 2.8 ms⁻¹,而周围的垂直速度测量是~ 0.6 ms⁻¹导致估计~ 0.22年代的⁻¹。来确定,我们估计的深度海风面前被辛普森(~ 200 m以下的观察20.]。我们的变化决定的使用观察平均along-valley风速度(图8(一个))。1.1毫秒的up-valley风⁻¹前风转变PDT时43分和海风−3.4毫秒的速度⁻¹后风转变提供一个估计的价值2.0×10⁻²年代⁻¹同意的观察水平涡度的大小在一个典型的海风前(25]。因此,估计用给定的假设在这种情况下大约是0.2秒⁻¹建模比较很好与涡度(-0.3 ~ 0.2 s⁻¹詹金斯等)。23]。这是最有可能的,因为这种现场试验的数值设置有一些相似之处如草燃料和环境垂直风切变的存在。模拟和实验之间的一个主要区别是,模拟了没有密度流代表着海风。

基于塔测量,PDT海风的到来显然是明显的43分,当风向转向北部和东北部(图9 (b))和相对湿度(RH)大幅增加了5%在1分钟内(图9 (c))。气象条件也以顺风站点(图2)便携式画站。表面压力在这个网站了~ 0.2 mb 12:48 PDT(图38 PDT和恢复9 (d))。我们推测,压力降低发生不仅画网站,但在整个山谷和低是由于发展形成辐合区前的海风前进入山谷和与对方互动山谷风(20.]。同时压恢复时,风向转移到更北的方向,我们解释占支配地位的海风方向在谷中。此外,RH进一步增加,这表明海风前线推动进一步进了山谷。

两个风之间的过渡政权可能导致危险条件消防员由于不可预知的火行为的产生。观察到在这种情况下,火焰旋涡出现大约10 m远离消防员(图6),只有10 s后风发生逆转。视频和延时照片还显示消防员逃离火旋转来显示他们的紧迫感和安全活动。尽管海风锋之间的交互和火可能会相对较短,火行为的影响(可能是重要的15,21]。詹金斯et al。23]指出背景低空垂直切变产生的风随高度能够逆转产生极端grassfire行为和火势蔓延。此外,火旋转事件在一个峡谷的圣安娜山脉施罗德(26)强调潜在的极端火行为在两个风政权之间的过渡时期。乡下人(27)发现,某些地理位置如山脊的背风面有利于两种对立的电流来满足,因此火旋转活动趋于频繁发生在这些位置。山谷是一个有利的位置风两个政权之间的相互作用不同温度和方向等风谷的逆转(风18]。很可能在这种情况下,霍尔狭窄的山谷设置一个理想的环境交互的海风和up-valley风下午,作为暗黑破坏神系列的高地形弱智的海风防止其地形直到up-valley流渗透。

3.3。湍流特性

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(28]。下面的横梁(29日),发现TKE速度方差之和,, 每个风速分量的方差计算处理10赫兹的声波风速计数据已被高通过滤去除任何峰值。此外,速度的时间序列组件已经tilt-corrected [30.)为了旋转组件的平均流量和删除任何偏见风速计安装在部署期间不精确的水平。动荡的组件的变量,,,,计算了删除的意思是瞬时的数据。我们选择了一个场均10分钟来计算扰动的时期,而方差的平均时间选择和TKE是30年代允许相关的湍流通量FFP和火旋转孤立。另一个关键湍流统计是显热通量,,这个词垂直速度扰动之间的协方差和声波温度扰动,空气的密度,在定压热容的空气。显热通量平均超过1分钟,也让我们决定的时机烟羽和FFP塔。

图10显示了一个时间序列的TKE和显热通量(图10 ())和个人速度方差(数字10 (b)- - - - - -10 (d))。虽然没有增加TKE 43分至44 PDT火旋转时观察到,大量增加TKE PDT在图前43分,一览无遗10 ()。增加的TKE始于40分PDT 5.2米的价值²年代⁻²相比,之前的环境背景值< 1.5米²年代⁻²。TKE高峰发生在42 PDT 10.4米的价值²年代⁻²之前大幅下降至1.4²年代⁻²。应该注意的是,TKE开始增加相对湿度开始增加前三分钟。我们假设海风的交互和up-valley流40分开始PDT面前,但相对湿度增加不是湿度传感器检测到的由于两者之间的混合的空气流动。第二个和第三个TKE山峰(5.0和4.5米²年代⁻²),发生在45和47 PDT,分别是动荡与FFP相关联。虽然风绕流燃烧的区域是高度湍流(14),观察表明,最大的TKE测量是由风切变与海风的到来,两倍级比生成的TKE火面前。最大的FFP表示显热通量(~ 12.5千瓦⁻²),发生在45 PDT。湍流动能代的来源是由分别诊断速度差异。

大幅增加的TKE PDT是由40分至43分这是近20 m²年代⁻²(图10 (c)),而这两个和仍低于10米²年代⁻²。自湍流强度的方差代表南北分量,最有可能的是观察之间的风切变产生的动荡是由南风up-valley流和北端的海风。我们也相信这个剪切负责设置横向旋转的空气柱的火前创建观察涡度和产生的火焰旋涡。观察到的增加在12:45:00(图10 (d))对应的显热通量的最大值。第二个高峰(在12:49:30 PDT)建议从阴燃FFP发生后产生影响。的最大1.5米的方差²年代⁻²是低于多少组件表明风切变在当地发挥更大的作用比显热通量产生的湍流火面前。比较这些结果与其他草地火灾实验(如FireFlux, [14)表明,实验中观察到的值远低于那些报道克莱门茨et al。14)测量峰值差异> 5米²年代⁻²。这可以归因于热流FireFlux期间观察到的事实是本研究中观察到的两倍。原因可以简单地归因于更高的观察燃料载荷测量期间FireFlux [13]。

3.4。火灾强度

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[5)和格雷厄姆(6)相关的火焰旋涡发生大火灾事件或高强度火灾。模型模拟Heilman和快31日)还表明,轧辊涡流与表面温度增加变得更加有力。虽然塔~ 35米远离火灾火焰旋涡发生时,我们估计在火前提供的热量水平倾斜旋转列通过假设的热通量测量塔在12:46:30 PDT几乎相同的火焰旋涡形成(12:43:10 PDT)。的时间序列1 Hz总热通量(Hukseflux SBG01传感器)呈现在图(11日)表明~ 10千瓦的最大总热通量⁻²当火面前接近和通过了大厦。12.3千瓦的瞬时总热通量⁻²(图中未显示)几乎是相同的大小1分钟平均显热通量的12.5千瓦⁻²(图10 ())。我们假设总热通量呈现在火焰旋涡形成接近测量在塔给定的燃料类型和火焰长度与延时相机观察。总热通量测量在这个特定的FFP草火相比低得多290千瓦的辐射热通量⁻²测量在树冠火(32),低于112千瓦的最大总热通量⁻²在灌丛带火(33]。火灾强度在规定的燃烧通常是低得多的生态管理的目的(见部分2.4)。尽管如此,一个小规模的火焰旋涡形成非常接近消防员见照片图6。尽管没有消防员受伤在比赛期间由于其安全距离火旋转,它应该强调潜在的不可预测的火焰旋涡形成在低强度,控制燃烧的存在。

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11 (b))可用于直接量化羽加热率(34)和FFP的时机。观察温度增加3.5榴弹炮44 - 46 PDT是由倾斜的烟羽的火塔前侵犯。低两个热电偶显示较小的温度上升150°C和120°C 0.15米和1.9米,分别,这是由近地表的平流接近燃烧的面前。观察到的温度升高由于羽远远低于克莱门茨[观察到34]在FireFlux实验。

3.5。对流弗劳德数的评估

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,的比例,是衡量空气的动能在火火(提供的显热通量12,35]。的是有用的作为控制参数来确定fire-atmosphere耦合的类型和水平。例如,克拉克et al。12假设一个小代表之间的强耦合的空气和火可能爆炸火灾的必要条件(5)发生。的是一个无量纲量 在哪里和分别代表了风速和传播速度,火行宽度,是温度,对流浮力,重力加速度。带括号的温度平均FFP的期间。

塔数据和延时摄影允许估计计算所需的变量。42 PDT之前,当观察up-valley风和火蔓延逆风面前,使用up-valley平均风速计算2.2的女士⁻¹40分12:39 - PDT,火蔓延速率0.5的女士⁻¹,燃烧的火前的深度4米。这两个和估计在时间流逝中使用6.7米塔照片作为参考长度和比例距离的火前随时间和深度传播火焰的照片。例如,我们使用了两个照片估计火前传播从40分PDT 6米在12秒。火焰深度估计从拍摄12:39:28 PDT(没有显示)。测量的热电偶温度剖面图(图11 (b))提供了平均温度异常,,在火灾面前。平均气温的地区得到的声波平均温度。所有用于计算的变量表中列出1。

结果表明,42 PDT之前,up-valley风存在时,表明浮力是主要机制和氛围和火在本质上是耦合的。当环境风速增加到4.1毫秒⁻¹由于海风的到来,大于1(表1)。似乎不太相关的低级地形和环境相互作用产生的剪切中尺度流,因此,使用本身可能并不适用于预测火在这种特殊情况下旋转的潜力。沙利文(36)最近重新检验并认为这不是反映在观察火行为,沙利文和我们的结果是一致的36)发现用处有限的对流弗劳德数的评估火旋转的潜力。大增加TKE观察在山谷风逆转这项研究表明这样一个变量可以是单独使用或可能会结合作为附加参数来评估是否更有可能火旋转。Heilman和扁(28]表明,海恩斯的产品指数(HI)和近地表TKE(嗨×TKE)是一个有用的参数表明是否大气条件非常有利于大型火灾发展。

4所示。摘要和结论

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。(我)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。(2)估计涡相互作用产生的风切变和火~ 0.2年代前面⁻¹落在范围级模拟的詹金斯et al。22)在一个理想的草。(3)湍流动能的环境风切变(~ 10.4米²年代⁻²),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。(iv)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⁻²),控制火草。(v)对流弗劳德数,< 1,当up-valley风出现在了山谷。在这段时间里火支持进风,浮力驱动火行为,流和火是相互耦合的。随着风速的增加,由于海风激增,> 1,这是一个耦合的水平下降的迹象。然而,对流弗劳德数火旋转预测本身可能是不够的,因为它没有考虑环境风切变产生的近地表湍流。(vi)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37)可能成为有利不仅对火势蔓延预测在复杂地形也用于指定位置容易valley-flow收敛,可能导致突然的转变。野火的交互valley-scale气象学是不清楚,没有一个主题调查与观察性研究和耦合fire-atmosphere建模系统。

确认

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。

引用

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