Модель топлива
Модель топлива — это стилизованный набор характеристик топливного слоя, используемый в качестве входных данных для различных приложений моделирования лесных пожаров . при лесных пожарах Модели поведения , например модели Ротермеля, [1] принять во внимание многочисленные эмпирические переменные. Хотя эти входные данные важны для выходных результатов уравнения, их измерение для каждого слоя топлива часто бывает трудным и трудоемким, а то и невозможным. Топливная модель определяет эти входные переменные для стилизованного набора количественных характеристик растительности, которые можно визуально идентифицировать в полевых условиях. В зависимости от местных условий может подойти одна из нескольких моделей топлива. Как утверждает Андерсон: «Топливные модели — это просто инструменты, которые помогают пользователю реалистично оценить поведение пожара. Пользователь должен сохранять гибкий настрой и адаптивный метод работы, чтобы полностью использовать эти средства». [2] Кроме того, в зависимости от применения пользователь должен выбрать систему классификации моделей топлива. Основные системы классификации, используемые в Соединенных Штатах, включают Национальную систему оценки пожарной опасности , 13 «оригинальных» моделей топлива Андерсона и Альбини, последующий набор из 40 видов топлива, произведенных Скоттом и Берганом, а также Систему классификации характеристик топлива .
Национальная система рейтингов пожарной опасности
[ редактировать ]Концепция модели топлива была впервые представлена в 1972 году в рамках Национальной системы оценки пожарной опасности . Первая система такого рода, NFDRS, представляла собой стандартизированный набор уравнений для определения пожарной опасности в определенных точках ландшафта. [3] В основе этих расчетов лежали модели топлива: каждая из 20 моделей содержала информацию об относительной загрузке различных компонентов топлива. Каждая модель описывается объемом 1-часового, 10-часового, 100-часового и 1000-часового мертвого топлива, присутствующего травянистого и древесного живого топлива, а также глубиной слоя топлива и влажностью гасания.
| Модель НФДРС | Имя | |
|---|---|---|
| А | Западные травы (однолетние) | |
| С | Сосново-травяная саванна | |
| Д | Южный грубый | |
| И | Подстилка из лиственных пород (зима) | |
| Ф | Промежуточная кисть | |
| Г | Короткая игла (тяжелая мертвая) | |
| ЧАС | Короткая игла (нормальная мертвая) | |
| я | Тяжелый удар | |
| Дж | Промежуточная косая черта | |
| К | Легкий удар | |
| л | Западные травы (многолетние) | |
| Н | Сограсс | |
| ТО | Высокий покосин | |
| П | Южная сосновая плантация | |
| вопрос | Аляскинская черная ель | |
| Р | Древесная подстилка (лето) | |
| С | Тундра | |
| Т | Полынь-трава | |
| В | Западные сосны |
Модели Альбини и Андерсона
[ редактировать ]«Оригинальные 13 моделей топлива» первым представил Альбини. [4] в 1976 году и позже расширен Андерсоном [5] в 1982 году. В отличие от NFDRS, эти модели топлива были разработаны для использования с моделями распространения Rothermel и предназначены для использования в гораздо меньших пространственных масштабах, чем 20 моделей NFDRS. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость между двумя системами, отчет Андерсона содержит диаграмму переходов, позволяющую осуществлять преобразование между аналогичными моделями. Кроме того, его статья включает фотографии, которые помогут пользователю выбрать модель топлива. Эти модели поведения топлива при пожаре предназначены «для сурового периода пожароопасного сезона , когда лесные пожары создают большие проблемы с контролем» и предназначены только для использования в засушливый сезон , когда слой топлива становится более однородным. Кроме того, модели Альбини имеют следующие предположения:
- Плотность топлива Овендри = 32 фунта/фут^3
- Теплота сгорания = 8.000 БТЕ/фунт.
- Общее содержание минералов = 5,55%
- Зольность без содержания кремнезема/эффективное содержание минералов = 1,00 %
Эти модели количественно описывают те же компоненты загрузки топлива, что и модели NFDRS , и сгруппированы в четыре класса: трава , кустарник , древесина и косая черта .
Группа трав:
| Номер модели | Имя |
|---|---|
| 1 | Короткая трава |
| 2 | Древесная трава и подлесок |
| 3 | Высокая трава |
Группа кустарников:
| Номер модели | Имя |
|---|---|
| 4 | Чапараль |
| 5 | Щетка |
| 6 | Спящая кисть |
| 7 | Южный грубый |
Лесная группа:
| Номер модели | Имя |
|---|---|
| 8 | Компактная деревянная подстилка |
| 9 | Подстилка из лиственных пород |
| 10 | Древесный подлесок |
Слэш-группа:
| Номер модели | Имя |
|---|---|
| 11 | Легкий удар |
| 12 | Средний удар |
| 13 | Тяжелый удар |
Динамические модели Скотта и Бургана
[ редактировать ] | Этот раздел включает список общих ссылок , но в нем отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Август 2019 г. ) |
Были опубликованы динамические топливные модели Скотта и Бергана. [6] в 2005 году, чтобы исключить предположение о том, что слой топлива был однородным в течение засушливого сезона. Это достигается за счет использования динамических травянистых топливных пластов, где «живая травянистая нагрузка переходит в мертвую в зависимости от содержания влаги в живых травянистых растениях». Использование коэффициента вулканизации позволяет более реалистично моделировать поведение пожара в травянистых слоях топлива. Более того, эти модели направлены на отход от корреляции между типом растительности и характеристиками топливного слоя. Например, исходная модель «чапараль» становится моделью «тяжелая нагрузка, высокая кисть». Подобно переоборудованному пешеходному переходу NFDRS в моделях Альбини и Андерсона, Скотт и Бурган включили переход между исходными 13 и своим набором из 40 новых моделей. Кроме того, они включают оригинальные 13 моделей 1–13, чтобы обеспечить обратную совместимость с новым программным обеспечением для моделирования.
Ключ к выбору модели динамического топлива
[ редактировать ]1. Почти чистая трава и/или разнотравье (трава)
- а. Климат от засушливого до полузасушливого (летом не хватает осадков). Влажность угасания составляет 15 процентов.
- б. Климат от полувлажного до влажного (осадки достаточные во все времена года). Влажность при вымирании составляет от 30 до 40 процентов.
2. Смесь травы и кустарника, покрытие кустарником примерно до 50 процентов (трава-кустарник).
- а. Климат от засушливого до полузасушливого (летом не хватает осадков). Влажность угасания составляет 15 процентов.
- б. от полувлажного до влажного Климат (осадки достаточные во все времена года). Влажность при вымирании составляет от 30 до 40 процентов.
3. Кустарники покрывают не менее 50 процентов участка; трава редкая или отсутствует (кустарник)
- а. Климат от засушливого до полузасушливого (летом не хватает осадков). Влажность угасания составляет 15 процентов.
- б. Климат от полувлажного до влажного (осадки достаточные во все времена года). Влажность при вымирании составляет от 30 до 40 процентов.
4. Трава или кустарники, смешанные с подстилкой из полога леса (лесоматериалы-подлесок).
- а. Климат от полузасушливого до субгуидного. Влажность гашения составляет 20 процентов.
- б. Влажный климат. Влажность гашения составляет 30 процентов.
5. Мертвое и пуховое древесное топливо (подстилка) под пологом леса (Timber Litter)
- а. Топливный слой недавно сгорел, но способен переносить природные пожары.
- б. Топливный слой недавно не горел.
- я. Топливная подстилка состоит из широколиственной (лиственной) подстилки.
- ii. Топливный слой состоит из длиннохвойной сосновой подстилки.
- iii. Топливный слой не сложен широколиственной или длиннохвойной сосновой подстилкой.
- 1. Топливный слой включает в себя как мелкое, так и грубое топливо.
- 2. Топливный слой не содержит грубого топлива.
6. Активное топливо (сброс) или мусор от повреждения ветром (сброс) (Slash-Blowdown)
- а. Топливный слой – это активное топливо.
- б. Топливный слой продувается.
7. Недостаточно топлива для тушения природных пожаров в любых условиях (не горючее).
Система классификации характеристик топлива (FCCS)
[ редактировать ]Разработанная в 2007 году Система классификации характеристик топлива [7] расширяет существующие модели топлива для создания набора стилизованных топливных слоев с количественными данными об их способности поддерживать пожары в дикой природе и степени, в которой такой пожар будет потреблять топливо, находящееся внутри слоя. Эти модели, разработанные на региональном уровне группами экспертов, были «составлены на основе научной литературы, серий фотографий топлива, наборов данных о топливе и мнений экспертов». В дополнение к стандартным мертвым и активным компонентам схема FCCS сообщает о назначенных и рассчитанных характеристиках топлива для каждого существующего слоя топливного слоя, включая полог, кустарники, недревесные, древесные, подстилочно-лишайниково-моховые и фуховые слои», что позволяет более точно комплексный анализ материала внутри топливного слоя. Кроме того, «система классифицирует каждый слой топлива, рассчитывая потенциал возгорания, который обеспечивает индекс собственной способности каждого слоя топлива поддерживать поведение поверхностного пожара, поддерживать верховой пожар и обеспечивать топливо для горения, тления и остаточного потребления». FCCS имеет значительный потенциал, но не интегрирован в основное программное обеспечение для моделирования, такое как Flammap или Farsite. Однако они набирают популярность при моделировании выбросов от лесных пожаров, а также при разработке карт топливных пластов, пожарной опасности и эффективности очистки в нескольких национальных лесах. В отличие от моделей Скотта и Бергана, которые отказываются от использования типа растительности в качестве показателя типа топлива, FCCS в значительной степени полагается на тип растительности при формировании своих моделей.
Источники
[ редактировать ]- ^ Ротермель, Ричард К. Математическая модель прогнозирования распространения пожара в диком топливе. Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Исследовательский документ INT-115. 1972.
- ^ Андерсон, Хэл Э. Помощь в определении моделей топлива для оценки поведения при пожаре. Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Общий технический отчет INT-122. 1982.
- ^ Коэн, Джек Д. и Джек Диминг «Национальная система оценки пожарной опасности: основные уравнения». Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Общий технический отчет PSW-82. 1985 год
- ^ Альбини, Фрэнк. Оценка поведения и последствий лесных пожаров. Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Общий технический отчет INT-30. 1976 год
- ^ Андерсон, Хэл Э. Помощь в определении моделей топлива для оценки поведения при пожаре. Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Общий технический отчет INT-122. 1982.
- ^ Скотт, Джо Х. и Роберт Э. Бурган. «Топливные модели стандартного поведения при пожаре: комплексный набор для использования с моделью распространения поверхностного пожара Ротермеля». Лесная служба Министерства сельского хозяйства США. Общий технический отчет RMRS-GTR-153. 2005 г.
- ^ Оттмар, Роджер Д.; и др. (2007). «Обзор системы классификации характеристик топлива - количественная оценка, классификация и создание топливных пластов для планирования ресурсов». Канадский журнал лесных исследований . 37 : 2383–2393. дои : 10.1139/x07-077 .
Библиография
[ редактировать ]- Казальс, Пере; Доблесть, Тереза; Бесалу, Арнау; Молина-Террен, Доминго (2016). «Загрузка и структура подлеска через восемь-девять лет после предписанного сжигания в сосновых лесах Средиземноморья» (PDF) . Лесная экология и управление . 362 : 156–168. дои : 10.1016/j.foreco.2015.11.050 .
- Дэвис, генеральный менеджер; Доменек, Рут; Грей, А; Джонсон, PCD (2016). «Структура растительности и пожарная погода влияют на степень тяжести ожогов и расход топлива во время лесных пожаров на торфяниках» . Биогеонауки . 13 (2): 389–398. Бибкод : 2016BGeo...13..389D . дои : 10.5194/bg-13-389-2016 .
- Варела, Эльза; Гергичны, М; Риера, П; Махье, Пенсильвания; Солино, М (2014). «Социальные предпочтения в отношении программ управления перерывами в топливе в Испании: приложение для моделирования выбора для предотвращения лесных пожаров» (PDF) . Международный журнал диких пожаров . 23 (2): 281–289. дои : 10.1071/WF12106 .
- Дуэйн, Андреа; Пике, Мириам; Кастельну, Марк; Бротонс, Луис (2015). «Прогнозирующее моделирование возникновения пожаров на основе различных схем распространения пожаров в средиземноморских ландшафтах». Международный журнал диких пожаров . 24 (3): 407–418. дои : 10.1071/WF14040 .
- Регос, Адриан; Аквилуэ, Н.; Ретана, Дж; Де Касерес, Микель; Бротонс, Луис (2014). «Использование незапланированных пожаров для тушения будущих крупных пожаров в средиземноморских лесах» (PDF) . ПЛОС ОДИН . 9 (4): е94906. Бибкод : 2014PLoSO...994906R . дои : 10.1371/journal.pone.0094906 . ПМЦ 3984276 . ПМИД 24727853 .