При выводе формулы (4) было сделано допущение о том, что лесопожарное созревание на каждом выделе контролируемой лесной территории проходит независимо друг от друга и определяется только параметрами, характеризующими данный выдел.
 |
Здесь n – это эмпирический показатель степени, характеризующий количественное изменение пожарной опасности.
Величины Pi(А), Pi(ЛП/А), Pi(М), Pi(ЛП/М) можно найти, используя известное определение вероятности события через соответствующие частоты (статистическая модель риска)
 |  | ||
Здесь NАi и NПАi – количество дней пожароопасных сезонов для i-го выдела, когда имеется антропогенная нагрузка, достаточная для зажигания РГМ и количество пожаров вследствие этой нагрузки, включая и умышленные поджоги за период с 2000 по 2004 год; NКПi – общее количество пожаров для i-го выдела за пять лет с 2000 по 2004 год; NМi и NПСi – число дней для i-го выдела, когда имели место молнии (при сухих грозах) и общее число дней пожароопасных сезонов для i-го выдела за период с 2000 по 2004 год; NПМi – количество пожаров от молний при сухих грозах за пять лет с 2000 по 2004 год.
Упрощенная математическая модель низкотемпературной сушки слоя растительных горючих материалов
Как уже было сказано раннее, немаловажным фактором при составлении прогноза лесной пожарной опасности является учет влагосодержания в напочвенном покрове. В предложенной детерминировано-вероятностной методике этот фактор не остался без внимания.
Далее воспользуемся формулами перехода от влагосодержания к объемным долям
Здесь ц1(k) – объемная доля сухого органического вещества k-го ОПГ, ц2(k) – объемная доля свободной и связанной воды k-го ОПГ.
Базой данных для этой модели должны служить данные о составе РГМ в напочвенном покрове и о термокинетических постоянных, характеризующих динамику сушки каждого из РГМ и РГМ, поддерживающих горение.
Зная текущее значение ц2(k) и критическое влагосодержание можно определить текущее влагосодержание и в результате вероятность возникновения лесного пожара для прогнозируемого промежутка времени.
С точки зрения физики задача о сушке слоя РГМ ставится следующим образом: известны тип растительности и проводники горения в слое РГМ, известен запас РГМ, его высота и влагосодержание, известны метеоусловия, требуется определить изменение объемной доли воды в РГМ в разные моменты времени.
Для получения упрощенной математической модели используем данную постановку задачи со следующими допущениями:
1) Конвективный теплообмен между слоем РГМ и приземным слоем атмосферы удовлетворительно описывается с помощью граничных условий третьего рода с использованием известных коэффициентов конвективного теплообмена. 2) Давление Р, температура Т и плотность r газовой фазы в слое РГМ совпадают с соответствующими метеорологическими данными (Ре, Те и rе) для данного момента времени и данной местности.
3) Излучение в слое РГМ подчиняется закону Бугера-Ламберта. 4) Испарение связанной воды и капелек воды, прилипших к элементам РГМ, описывается одним и тем же законом Герца-Кнудсена.
5) Метеорологические данные и начальные влагосодержания типичных ОПГ на территории лесхоза одинаковы для всех типичных выделов.
6) Напочвенный покров всех типичных выделов лесхоза можно разбить на пять типов: опад хвои, мох, лишайник, опад листвы, травяная ветошь.
7) Для каждого типичного выдела температура и объемная доля воды в ОПГ описывается одной системой уравнений.
В результате для математического описания сушки основного проводника горения имеем следующую систему уравнений:
которую необходимо решать с учетом следующих начальных и граничных условий
Член в левой части (8) характеризует изменение тепловой энергии в слое РГМ в единице объема за единицу времени. Первый и второй член в правой части (8) отвечают за приток тепла за счет теплопроводности и солнечного излучения. Третий член характеризует влияние влажности воздуха на сушку слоя РГМ. Четвертый член характеризует теплообмен между к-й фазой и газовой фазой в слое РГМ. Член в квадратных скобках правой части уравнения [10] характеризует влияние влажности воздуха на баланс влаги в слое РГМ. Оставшиеся параметры в правой части характеризуют скорость сушки РГМ.
Приведем систему уравнений (8), (10) к безразмерному виду
Уравнение (14) представляет собой баланс энергии в к-й фазе слоя РГМ, а уравнение (15) характеризует баланс влаги в слое РГМ, где черта сверху обозначает осреднение по высоте слоя РГМ.
Эту систему необходимо решать с учетом следующих начальных условий
Уточнение существующей методики
Итак, мы рассмотрели одну из методик прогноза лесной пожарной опасности. Наряду с достоинствами она имеет и недостатки. Наиболее выраженный недостаток заключается в том, что эту модель нельзя использовать в других климатических условиях без предварительной адаптации. Это связано в первую очередь с тем, что в нее заложены эмпирические данные, полученные для определенных лесных горючих материалов и климатических условий, которые резко отличаются в разных частях света. Также весомым недостатком является то, что данные, которыми оперирует эта модель, получены на основе статистических наблюдений и не могут рассматриваться как достоверные.
Скачать реферат