CC BY
41
----------------------------------- © Н.В. Барановский, Г.В. Кузнецов,
2009
УДК 658.382
Н.В. Барановский, Г.В. Кузнецов
РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ПРОГНОЗА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ ОТ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ
Представлен обобщенный механизм возникновения лесного пожара в результате грозовой активности. Механизм учитывает первичные и вторичные источники зажигания и режим тления слоя лесного горючего материала после разряда молнии. Обсуждается разработка модуля прогноза лесных пожаров от грозы.
Ключевые слова: лесная пожарная опасность, механизм зажигания, наземный грозовой разряд.
Грозовая активность создает напряженную лесопожарную обстановку в горных и малообжитых регионах [1]. Причиной возгораний являются разряды класса облако-земля. В работе представлен обобщенный механизм возникновения очага лесного пожара в результате грозовой активности. Механизм учитывает в совокупности первичные и вторичные источники зажигания и режим тления слоя лесного горючего материала (ЛГМ) после разряда молнии. В качестве входной информации для моделей прогноза лесных пожаров от гроз следует использовать данные систем регистрации наземных грозовых разрядов на контролируемой лесной территории. Такие системы функционируют, например, в США и Испании [2, 3].
Предлагается два основных варианта зажигания ЛГМ. Первый вариант предполагает зажигание дерева наземным грозовым разрядом [4]. Горящие частицы древесины выпадают на поверхность и зажигают слой ЛГМ [5]. Второй вариант предполагает возникновение разрядов внутри слоя ЛГМ и его воспламенение [6]. Вероятность возникновения лесного пожара [7] в результате действия разряда молнии может быть вычислена с использованием экспериментальных данных [6] по зажиганию напочвенного покрова электрическим разрядом. Кроме того, возможно использование статистических данных и результатов математического моделирования процесса зажигания ЛГМ наземным грозовым разрядом [8]. На рис. 1 представлен обобщенный механизм возникновения очага лесного пожара в результате грозовой активности.
Рис. 3. Обобщенный механизм возникновения очага лесного пожара в результате грозовой активности
Подсистемы учета грозовой активности разрабатываются в составе канадской и американских систем. В структуре первой системы за этот фактор отвечает подсистема Fire Occurrence Prediction (FOP) System (не разработана для всей территории страны, но существуют ее региональные версии [9]). Американская система [10]
выдает индекс возникновения пожара в результате грозовой активности (Lightning-caused fire occurrence index - LOI), который определяется с учетом компонента воспламенения (Ignition component -IC) и позволяет оценить ожидаемое число лесных пожаров от гроз. В американской системе вводится ряд пирологических характеристик ЛГМ, которые позволяют косвенно учитывать процесс зажигание.
В отличие от зарубежных систем российский ГОСТ на прогнозирование лесных пожаров не учитывает грозовую активность и необходима разработка соответствующего модуля в новой системе прогноза лесной пожарной опасности. Возможны два варианта развития отечественной системы прогноза лесной пожарной опасности. Первый предполагает создание информационно-прогностических систем масштаба лесхоза [11] и распределенной обработки информации на локальном уровне, а второй создание параллельного программного комплекса (ППК) [12] для многопроцессорной вычислительной системы (МВС) в рамках общегосударственного центра лесопожарного мониторинга для централизованной обработки информации.
Реализация, как первого, так и второго вариантов, требует существенной модернизации ранее разработанных программных систем с учетом новых математических моделей зажигания ЛГМ в грозоопасной обстановке [4, 5] и усовершенствованных детерми-нированно-вероятностных критериев оценки лесной пожарной опасности [7, 8, 13].
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Larjavaara M., Kuuluvainen T., Rita H. Spatial distribution of lightning-ignited fires in Finland // Forest Ecology and Management. 20O5. Vol. 208. N 1-3. P. 177 - 188.
2. Cummins K.L., Murphy M.J., Bardo E.A., Hiscox W.L., Pyle R.B., Pifer A.E. A combined TOA/MDF technology upgrade of the U.S. national lightning detection network // Journal of Geophysical Research. 1998. Vol. 103. P. 9035 - 9044.
3. Soriano L.R., De Pablo F., Tomas C. Ten-year study of cloud-to-ground lightning activity in the Iberian Peninsula // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005. Vol. 67. N 16. P. 1632 - 1639.
4. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Математическое моделирование зажигания дерева хвойной породы наземным грозовым разрядом // Пожаровзрывобезопасность. 2008. T. 17. № 3. С. 41 - 45.
5. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Математическое моделирование зажигания слоя лесных горючих материалов нагретой до высоких температур частицей // Пожа-ровзрывобезопасность. 2006, Т. 15. № 4, С. 42 - 46.
6. Latham D., Williams E. Lightning and forest fires // Forest fires: Behavior and Ecological Effects. Netherlands, Amsterdam: Elsevier. 2001. P. 375 - 418.
7. Барановский Н.В. Влияние продолжительности действия электрического разряда на вероятность возникновения лесных пожаров // Инженерная физика. 2009. № 4. С. 43 - 46.
8. Барановский Н.В. Модель прогноза и мониторинга лесной пожарной опасности // Экология и промышленность России. 2008. № 9. С. 59 - 61.
9. LeeB.S., AlexanderM.E., HawkesB.C., Lynham T.J., StocksB.J., EnglefieldP. Information systems in support of wildland fire management decision making in Canada // Computers and Electronics in Agriculture. 2002. Vol. 37. N 1-2. P. 185 - 198.
10. Deeming J.E., Burgan K.E., Cohen J.D. The national fire danger rating system. Ogden, Utah: USDA Forest Service, General Technical report. INT-39. 1978. 66 P.
11. Барановский Н.В., Гришин А.М., Лоскутникова Т.П. Информационнопрогностическая система определения вероятности возникновения лесных пожаров // Вычислительные технологии. 2003. № 2, С. 16 - 26.
12. Барановский Н.В. Ландшафтное распараллеливание и прогноз лесной пожарной опасности // Сибирский журнал вычислительной математики. 2007. Том 10, №
2. С. 141 - 152.
13. Барановский Н.В. Оценка вероятности возникновения лесных пожаров с учетом метеоусловий, антропогенной нагрузки и грозовой активности // Пожарная безопасность. 2009. № 1. С. 93 - 99. nsrj=i
Baranovskiy N. V., Kuznetsov G. V.
DEVELOPMENT OF THE LIGHTNING-IGNITED FOREST
FIRE FORECAST UNIT
Generalized mechanism of forest fire occurrence as a result of storm activity is submitted. Mechanism takes into account both primary and secondary sources of ignition and a smoldering mode after lightning discharge. Development of the lightning-ignited forest fire forecast module is discussed.
Key words: forest fire danger, ignition mechanism, ground lightning discharge.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------
Барановский Николай Викторович - кандидат физико-математических наук, докторант, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет,
E-mail: [email protected]
Кузнецов Гений Владимирович - доктор физико-математических наук, профессор, декан Теплоэнергетического факультета, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет,
Телефон: (3822) 5б-Зб-1З
