מנהרת רוח ניסויים ללמוד שפרל הכתר שריפות

בשנת 2016, מדינת קליפורניה חוו בסך של שריפות wildland 6,986, לצרוך דונם 564,835¹, תמחיר מיליוני דולרים נזק, ולסכן את הבריאות של מאות אנשים. בגלל האקלים הים תיכוני אזורי, מקור הדלק העיקרי עבור השריפות הם שפרל צמחייה קהילות². האש התפשטה ב שפרל יכול להיחשב אש הכתר מאז הדלק הראשי הבוערת הוא מוגבה³. שיתוף קיים עם השכבה הכתר בעיקר בשידור חי, היא שכבה דלק משטח מת, אשר מורכב של השחקנים העלים, סניפים, צמחים עשבוניים, אשר גדלים מתחת, בין השיחים בודדים. אש תיזום ביתר קלות בשכבה דלק שטח מת. לאחר השריפה משטח יידלק, שינוי מיגדרי האש על השכבה כתר שבו האנרגיה שפורסמו על ידי האש גדל באופן דרמטי. בזמן שריפות שפרל יש בדרך כלל היה הדגם כאש בהפצת דלקים משטח עמוק⁴, היה מוגבל חקר שריפות שפרל כמו הכתר שריפות.

כתר המאפיינים אצל שפרל, לרבות צורת החלקיקים העלווה, נבדלים boreal מחטניים יער, שבו אירעה רוב המחקר. מחקרים בקנה מידה רבים של מעבדה ושדה חקרו היבטים שונים של שריפת יער הדינמיקה^{6,5,7,3,8,9,10 11, ,12}. בגדר שמוכר, מספר מחקרים בחנו את השפעת פרמטרים כגון רוח ואש דלק מאפיינים על הכתר שפרל התנהגות. לוזאנו⁷ בדק מאפייני הכתר אש חניכה בנוכחות שתי מיטות דלק דיסקרטית של הכתר. ב. Tachajapong et al. ³, משטח דיסקרטית ושכבות הכתר נשרפו בתוך מנהרת, האש משטח התאפיינה. רק כתר אש חניכה תוארה באופן מלא עוזב ניתוח מלא של התפשטות לעבודה עתידית. Li. et al. ¹¹ דיווחו על התפשטות של להבה למרות שיחים שפרל יחיד. הקשורות בעבודה, קרוז. et al. ^{10 , 9} פיתח מודל לחזות את ההצתה של עלים מחטניים מעל פני שטח אש מתפשטת. מאפייני הכוויה של דלקים שפרל נחקרו במחקרים ניסיוני של דלקים בצובר, אדם יוצא^13,14,15,16. Dupuy. et al. ¹³ למד המאפיינים הבוער של מחטי אורן pinaster אקסלסיור על ידי שריפת שהדלקים בסלים גלילי. הם נצפו זה דלקים אלה, גובה הלהבה היה קשור קצב שחרור חום באמצעות חוק שתי חמישיות כוח כפי שדווח בעבר ספרות^17,18. שמש ואח ¹⁴ שרפת דלקים שפרל בסלים גליליים דומים כדי לנתח את מאפייני שריפת דלקים שפרל שלוש: chamise (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (Ceanothus crassifolius), manzanita ( Arctostaphylos glandulosa).

מוטיבציה מאת תוצאות המחקרים הנ ל מעבדה, שהמטרה שלנו כאן היא להציג מתודולוגיה לאפיין התפשטות בשכבות הכתר השטח והן שיח. יתר על כן, אנו שואפים להבהיר כמה מן המאפיינים המרכזיים המכתיבים את מידת האינטראקציה שכבת פני השטח-כתר. למטרה זו, פיתחנו מתודולוגיה מעבדה ניסויית ללמוד את המעבר אנכי של אש בוערת ב דלק משטח wildland כדי אש מתפשטת בדלק שיח מוגברות. אלו סוגים של שריפות, תרגום של האש לכתר שיח, המכונה הכותרת, שעשוי להיות מלווה התפשטות מתמשכת בתנאים הנכונים. באופן כללי, שפרל אש התנהגות מוכתב על-ידי טופוגרפיה, מזג אוויר, דלק¹⁹. הוכח, כי רוח משפיע על קצב שחרור אנרגיה^8,203,5,דלקים.

האש התפשטה בדלקים נקבובי ניתן להציג כסידרה של מעברים או ספי חייב להיות שחצה כדי להיות מוצלחת²¹. אנרגטית, חלקיק דלק יידלק אם כמות החום שקיבל תוצאות תערובת של גזים כי מגיבים בהצלחה עם חמצן. הלהבה וכתוצאה מכך מתפשט אם החום של החלקיק בוער מלהיב של חלקיקים דלק הסמוכה. האש משתרעת על פני האדמה, אם הוא מסוגל לחצות את הפערים בין מכלי דלק דליקים. אם הלהבה של האש משטח יכול להפיץ אנכית אל הכתר של שיחים ועצים, שינוי משמעותי בהתנהגות אש, לרבות שיעורי שחרור חום מוגברת, נצפית לעיתים קרובות עקב זמינות גדולה יותר של דלק. אנרגיה תרמית דינמיקה wildland שריפות להקיף מספר סולמות, בקנה מידה גדול מאוד, כגון מגה-שריפות אשר לעיתים קרובות דורשים climatological מידול, הקטן לטפס דרישת סולם כימית קינטית דוגמנות. כאן, אנו מתמודדים עם מעבדה מנהרת רוח בקנה מידה להתנהגות מידול; ללימודים בעירה תאית כימית סולם, הקורא נקרא יצירות סאליבן. et al. ²²

מאז 2001, אנחנו הרחבנו את מגוון ניסויים לבחון חלק מעבדה סולם אנרגיה ספי^{23,8,24,25,26, 27}, עם דגש על דלקים בשידור חי המשויך שפרל. ואילו בחוץ מדידות של אש עשוי לספק תוצאות למציאותיים יותר, הסביבה המבוקרת של מנהרת הרוח מאפשרים תיחום של ההשפעה של פרמטרים שונים. שליטה רוח, לדוגמה, חשוב במיוחד עבור שפרל הכתר שריפות המתרחשים באזורים כגון דרום קליפורניה איפה פן סוג רוחות, המכונה החמות והיבשות, מנהלי טיפוסי של אירועים אש. כי מניע מרכזי עבור המתודולוגיה המתוארת כאן היא לחקור את ההשפעה של רוח ואש פרמטרים מבוקרים אחרים על שפרל כפולה, מחקר זה בוצע במנהרת רוח בקנה מידה מעבדה. הקורא הוא בבימויו של העבודה. Silvani et al. ²⁸ עבור מדידות טמפרטורה בשריפות שפרל זהים לאלו שהוצגו כאן. עבור מדידות על ההשפעה של הרוח על התפשטות האש, נא עיין. מוראנדי et al. ²⁹

מספר פרמטרים המשפיעים על ההתפשטות של דלקים שפרל יש נותחו השפעול מאת לכימות ההסתברותהאש התפשטה הצלחה דלק מוגברות מיטות⁸. המחקר הנוכחי ניסיוני כרוך מתודולוגיה שפותחה ללמוד שפרל הכתר האש להתפשט על-ידי מידול משטח דלקים, כתר דלקים בתוך סעיף מבחן של מנהרת מהירות נמוכה. הדלק משטח הוא המודל עם אקסלסיור (עץ גרוסים יבשים). המיטה דלק משטח מניחים על הקרקע של מנהרת הרוח מעל מידה סטנדרטית (ראה איור 1). ייצוג המיטה דלק הכתר, מיטה דלק עם chamise הונח מעל המיטה דלק עיליים על ידי השעיית הדלק של פלטפורמה רכוב על המסגרת מנהרת רוח (ראה איור 1). בשתי המיטות דלק הם שעברו אינסטרומנטציה עבור טמפרטורה ומדידות אובדן מסת; גאומטריה להבה מתקבל מן הקלטות וידאו של ניסויים. הפרמטרים הנמדדים כוללים שיעור אובדן מסת, תכולת לחות דלק, הלחות היחסית של האוויר. פרמטרים מבוקר היו נוכחות הרוח, המרחק בין דלק משטח מיטה ומיטה דלק הכתר, והנוכחות של דלק עיליים. שיעור אובדן מסת נמדד יכול לשמש כדי לחשב את קצב שחרור חום, אשר מוגדר כ:

כאשר h הוא החום של דלק פוסילי, m היא המסה דלק, ו- t הוא הזמן.

איור 1: הגדרת הניסוי מנהרת רוח. מיקומים של המיטה דלק הכתר, המיטה דלק המשטח המאוורר המנהרה סומנו כאנטי לנוחיותכם. המיטה דלק השטח מונחת על הקרקע של מנהרת הרוח מעל מידה סטנדרטית. ייצוג המיטה דלק הכתר, מיטה דלק עם chamise הונח מעל המיטה דלק עיליים על ידי השעיית הדלק של פלטפורמה רכוב על המסגרת מנהרת רוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

ניסויים התמקדו להבין את אופן הפעולה של שפרל הכתר שריפות, במיוחד התנעה, מנגנונים של להבה התפשטות, התפשטות, מהירויות הקבלה להבה שיעורי צריכת דלק. ללמוד את האינטראקציה בין משטח אש אש הכתר, שש תצורות של השטח והכתר מיטות דלק עם ובלי זרימת רוח יישומית, נצרבו במנהרת הרוח: דלק הכתר רק עם ובלי רוח (2), כתר, משטח דלק מיטות מופרדות שני המרחקים עם ובלי רוח (4). טבלה 1 מסכמת את תצורות הניסוי עם המעמדות ניסיוני 6. בטבלה, דלק משטח המיטה הפרמטר מציין אם דלק השטח היה נוכח במהלך הניסוי, הפרמטר רוח מתייחס לנוכחות של הרוח, גובה הכתר מתייחס המרחק בין החלק התחתון של המיטה דלק הכתר התחתון של השטח מיטה דלק. לחות דלק היה נמדד עבור ניסוי אבל לא נשלט, תכולת לחות דלק ממוצעת היה 48%, ואילו הערכים המינימליים והמקסימליים היו 18% 68%, בהתאמה.

טבלה 1: ניסוי תצורות. כאן דלק משטח המיטה הפרמטר מציין אם דלק השטח היה נוכח במהלך הניסוי, הפרמטר רוח מתייחס לנוכחות של הרוח, גובה הכתר מתייחס המרחק בין החלק התחתון של המיטה דלק הכתר התחתון של המיטה דלק משטח.

מידה אלקטרוניים נמדד משטח דלק בנפח גדול ואנחנו פיתחה מערכת אובדן מסת מותאם אישית עבור השכבה הכתר. המערכת כללה תאים בודדים עומס מחובר בכל פינה של המיטה דלק על תנאי. מצלמות וידאו לצרכן-כיתה הקליט את הלהבות חזותית; עיבוד תמונה של נתונים חזותיים באמצעות קובץ script מותאם אישית שנוצר מאפיינים להבה לרבות גובה וזווית. התוכנית פותחה כדי להמיר מסגרות וידאו מ- RGB (אדום/ירוק/כחול) קידוד לשחור-לבן בתהליך של קביעת סף עוצמת האור. הקצה של הלהבה היה המתקבלים על מסגרות וידאו בשחור-לבן. גובה להבה מרבי מוגדר כהנקודה הגבוהה ביותר של הקצה להבה, להבה מיידי הייטס התקבלו גם. בתמונה, גובה הלהבה נמדדה מבסיס של המיטה דלק לנקודת אנכי מרבי של הלהבה. כל עיבוד קודי, כמו גם הממשק של בקרת מכשיר המיועד עבור פרוטוקול זה נעשו זמינים על-ידי המחברים כאן דרך האתר שלהם גישה תוכנה. קציר הדלקים בשידור חי באופן מקומי ו ניצוח הכוויות ניסיוני בתוך 24 שעות למזער אובדן לחות. מערך צמד תרמי רשמה דלק מיטה טמפרטורה בכיוון הרוח stream-wise המאפשר חישוב קצב התפשטות. איור 1 מציג תרשים של ההתקנה מיטה דלק יחד עם הסידור צמד תרמי. פרטים של פרוטוקול נסיוני בצע.