托国立数学与力学系的学者们找到了一种预先发现森林火灾的方法
27.01.2021

托国立数学与力学系和西伯利亚分部大气光学研究所的学者们研究了草原大火如何影响大气的气象参数以及大气中各种化合物的含量。可以记录空气中气体的明显变化,作者建议以它们为指导,以防在草原大火为时已晚时对其进行检测和扑灭。 在俄罗斯科学基金会总统计划项目的资助下,这项工作的结果已发表在《大气》杂志上。

气候无时无刻都在变化,每年我们都越来越频繁地听到有关新的自然火灾的新闻,人们常常会束手无策。 巨大的领土面积变成了焦土,动物和人类的死亡。 燃烧产物(氮,碳,硫等的氧化物)和固体颗粒污染了大气,即使在距火源一定距离的地方,也可以记录到超过其允许的含量。

俄罗斯科学基金会项目的负责人,物理学和数学博士,教育实验室负责人,托国立物理和计算力学系负责人丹尼斯·卡西莫夫说到:“早在上个世纪,人们就意识到研究森林火灾的重要性。如果我们能够了解燃烧区直接发生了哪些过程,那么我们不仅可以更有效地应对和控制这些危险情况,而且还可以完全防止它们发生。我们与来自西伯利亚分部大气光学研究所的同事们共同进行了半自然实验分析,在严格控制下,我们在40 x 15米的小区域内重建了草原大火,并研究了该区域的主要特征,湿度,温度,压力,空气流量以及空气中各种物质的含量。在此过程中,我们借用了远程仪器的帮助,例如红外温度记录仪,超声波气象站以及用于在特殊站点记录温室气体和氧化性气体的设备。”

1Ученые нашли способ обнаруживать лесные пожары_1200.jpg

火灾现场的温度和湿度急剧上升,但燃烧过程本身却很不均匀,某些地方植物变浓,更多汁。在分析气流数据时获得了最有趣的结果。由于现场产生了大量热量(最高温度超过900°C),所以加热的空气向上上升,从而增加了风的垂直分量,这无疑也影响了火灾。结果是一种从环境中抽出氧气的泵,火为其自身提供燃料,燃烧得以加速。在上个世纪末,从理论上描述了类似的现象自然风,但是直到现在才出现了存在这种现象的实验证据。

有很多因素,并且不可能在计算机建模中准确地重现它们。现场实验既困难又危险,而且外部条件也有所不同-您需要大量数据来收集统计数据。此外,加热给自然流动带来混乱:顺畅的,非混合的(层流式)喷气流成为涡流。这不仅促进了大火向新界的蔓延,而且还破坏了大气状况,例如,雨云散布,并且不能对扑灭大火提供的降水。

丹尼斯·卡西莫夫总结说到:“而且,我们的实验表明,即使是小火,也会向大气中释放大量污染物。 除了氧化物外,它也是甲烷,但是我们仍然无法解释它的来源。 无论如何,尽管由于气流的影响,气体并没有立即到达我们的站点,但我们能够对其进行记录。 这意味着这种方法使得可以及早发现火势,直到预示发生灾难性后果,并及时将其扑灭。”

如何准确地将这种方法付诸实践的问题仍然没有答案。 这项研究是研发适当体系的第一步。

文本来源:俄罗斯科学基金会网站, 照片来源:丹尼斯·卡西莫夫