Физическое и математическое моделирование природных пожаров и применение методов инфракрасной диагностики для их исследования

• Автор: Лобода, Егор Леонидович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 286 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Обзор работ, посвященных пожарной опасности, возникновению природных пожаров, их распространению и особенностям применения методов ИК-диагностики
1.1. Прогнозирование возникновения лесного пожара и известные методики прогноза пожарной опасности

1.1.1. Канадская система прогноза пожарной опасности

1.1.2. Национальная система расчета пожарной опасности США

1.1.3. Критерий пожарной опасности В.Г. Нестерова

1.1.4. Методика ЛенНИИЛХ

1.1.5. Методики, разработанные в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)

1.1.6. Методики Г.А. Доррера, С.П. Якимова

1.1.7. Сведения о геоинформационных системах (ГИС) и детерминированно-вероятностных методиках прогноза пожарной опасности

1.2. Работы посвященные возникновению и распространению лесных пожаров

1.2.1. Краткий обзор работ по проблеме возникновения и распространения лесных пожаров и распространению загрязняющих примесей в атмосфере
1.2.2. Распространение лесных пожаров
1.2.3. Источники зажигания
1.2.4. Исследование скорости распространения пожаров
1.2.5. Некоторые экспериментальные результаты по влиянию угла наклона на изменение характеристик факела пламени
1.3. О возникновении верховых лесных пожаров
1.4. О степных пожарах
1.5. О торфяных пожарах
1.6. ИК-методы измерения температуры

1.7 Выводы
Глава II. Математическое моделирование сушки слоя ЛГМ в сопряженной постановке и физическое моделирование условий распространения низовых лесных пожаров
2.1. Экспериментальные исследования сушки ЛГМ
2.1.1. Эксперименты о влиянии угла наклона земной поверхности на сушку ЛГМ
2.2. Общая физическая модель задачи о сушке слоя ЛГМ
2.3. Постановка задачи о сушке слоя ЛГМ
2.4. Система уравнений пограничного слоя
2.5. Система уравнений тепло- и массопереноса для слоя ЛГМ
2.6. База данных для математической модели и варианты сценариев сушки слоя ЛГМ
2.7. Граничные и начальные условия для основной системы уравнений^
2.8. Осреднение исходной системы уравнений (2.5.2)-(2.5.8) по толщине слоя ЛГМ и упрощенная постановка задачи о сушке слоя ЛГМ.
2.9. Приведение основной системы уравнений к каноническому виду и постановка сопряженной задачи
2.10. Использование переменных Дородницына-Лиза и приведение системы уравнений пограничного слоя к безразмерному виду
2.11. Сравнение с экспериментальными данными
2.12. Результаты расчетов для суточных изменений метеоусловий и их анализ
2.13. Результаты расчетов для сезонных изменений метеоусловий и их анализ
2.14. Численные методы решения задачи о сушке слоя ЛГМ и их тестирование
2.14.1. Итерационно-интерполяционный метод (ИИМ): разностная схема
2.14.2. Сравнение результатов решения задачи Блазиуса

2.14.3. Алгоритм решения сопряженной постановки задачи тепло- и массообмена
2.14.4. Метод Гира и его применение к решению систем нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений
2.15. Выводы
Глава III. Математическое моделирование сушки слоя ЛГМ в упрощенной постановке. Сравнение с результатами решения сопряженной постановки задачи и экспериментальными данными
3.1. Упрощенная постановка задачи о сушке слоя ЛГМ с использованием уравнения сохранения энергии для к-фазы
3.2. Результаты расчетов и их сравнение с эталонным решением,
полученным в результате решения сопряженной задачи
3.3 Упрощенная раздельная постановка задачи о сушке слоя ЛГМ
3.4. Результаты расчетов для суточных изменений метеоусловий и их анализ
3.5. Результаты расчетов для сезонных изменений метеоусловий и их анализ
3.6. Сравнение результатов по упрощенной модели с расчетами в сопряженной постановке задачи
3.7. Влияние угла наклона земной поверхности на сушку слоя ЛГМ
3.8. Результаты экспериментов о влиянии угла наклона земной поверхности на сушку ЛГМ
3.9. Результаты расчетов для сушки ЛГМ для различной плотности солнечной радиации
3.10. Методика численного решения упрощенной постановки задачи о сушке слоя ЛГМ
3.11. Экспериментальное исследование условий перехода низового лесного пожара в верховой
3.11.1. Методика проведения эксперимента
3.11.2. Влияние теплового потока на нижние ветки подроста

5. На результаты, полученные со спутников, значительное влияние оказывает состояние атмосферы, а некоторых случаях, например, плотная облачность, может сделать невозможным проводить спутниковое наблюдение.
В работе [19] используются статистические подходы в определении пожарной опасности подобно тому, как это сделано в [5, 7]. Несомненно, что ограничения и недостатки методик [5, 7] будут присутствовать и в этой работе.
В работах [18, 20, 21] рассматривается вопрос прогноза пожарной опасности по радиационной температуре ЛГМ, полученной со спутников 1МОАА. Спутники ЫОАА - полярно-орбитальные спутники, период обращения которых - 108 мин. Над конкретной территорией спутник находится два раза в сутки. Такая система спутников позволяет избежать таких недостатков, упомянутых выше, как ограниченное "поле зрения" спутника на геостационарной орбите и ограниченное количество таких спутников.
Рассмотрим подробнее методику оценки пожарной опасности, представленную в работе [21], она заключается в пространственном совмещении изображений, соответствующих последовательным циклам съемки, вычислении радиационной и радиояркостной температур в каждом элементе снимка и последующем вычислении показателя текущей пожарной опасности (ПО) леса:
ПО = £ ^ У)Тя1-(Х1- -, (1.2.8)
Тр:(х, у)-Тя;(х,у)
где 1=1..п - цикл съемки, п - число циклов, х, у - координаты исследуемого участка, Тр, Тя - радиационная и радиояркостная температуры соответственно.
Несмотря на использование современной космической технологии, предложенная в работе [20] методика прогноза пожарной опасности практически не достаточно обоснована с позиций физики. В ней, по сути,