Том 36, номер 10, статья № 10

Аннотация:

Представлен анализ и обобщение результатов исследований турбулентности в пламени и в окрестности очага горения при модельных степных и верховых пожарах в экспериментах, проведенных в период с 2019 по 2022 г. на Базовом экспериментальном комплексе Института оптики атмосферы СО РАН. Получены спектры изменения температуры воздуха и масштабы индуцированной атмосферной турбулентности в окрестности фронта модельного пожара. Установлены диапазоны частот пульсации температуры воздуха, соответствующие инерционному и диссипативному участкам энергетического спектра, для модельного степного пожара. Показано, что диссипативные процессы начинают формироваться на высоте 10 м при волновых числах k таких, что lgk > 1,58 и соответствующей частоте пульсаций f > 3 Гц; на высоте 3 м диссипативные процессы не наблюдаются. При модельном верховом пожаре на высоте 10 м турбулентные процессы в атмосфере соответствуют инерционному участку энергетического спектра, а диссипативные процессы практически не проявляются.

Ключевые слова:

природный пожар, верховой пожар, турбулентность, масштабы турбулентности, атмосфера, горение, диссипация

Список литературы:

1. Kasischke E.S., Christensen N.L., Stocks B.J. Fire, global warming, and the carbon balance of boreal forests // Ecol. Appl. 1995. V. 5, N 2. P. 437–451. DOI: 10.2307/1942034.
2. Voulgarakis A., Field R.D. Fire influences on atmospheric composition, air quality and climate // Curr. Pollut. Rep. 2015. V. 1. P. 70–81. DOI: 10.1007/s40726-015-0007-z.
3. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н., Романовская А.А. Лесные пожары в Сибири и на Дальнем Востоке: эмиссии и атмосферный перенос черного углерода в Арктику // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 512–520: Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N., Romanovskaya A.A. Forest fires in Siberia and the Far East: Emissions and atmospheric transport of black carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 512–520.
4. Ситнов С.А., Мохов И.И., Джола А.В. Влияние сибирских пожаров на содержание монооксида углерода в атмосфере над европейской частью России летом 2016 г. // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 2. С. 146–152.
5. Loboda E.L., Kasymov D.P., Agafontsev M.V., Reyno V.V., Lutsenko A.V., Staroseltseva A.A., Perminov V.V., Martynov P.S., Loboda Ya.A., Orlov K.E. Crown fire modeling and its effect on atmospheric characteristics // Atmosphere. 2022. V. 13, N 12. P. 1–9.
6. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука СО АН СССР, 1992. 407 с.
7. Фомичев М. РИА Новости [Электронный ресурс]. URL: https://ria.ru/20101126/297098566.html (дата обращения: 20.04.2023).
8. Сывороткин В.Л. О природе природных пожаров // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. 2016. T. 11, № 1. С. 1–29.
9. Shultz D. Seeding ice clouds with wildfire emissions [Electronic resource]. URL: https://eos.org/research-spotlights/seeding-ice-clouds-with-wildfire-emissions (last access: 20.04.2023).
10. Clements C.B., Lareau N.P., Seto D., Contezac J., Davis B., Teske C., Zajkowski T.J., Hudak A.T., Bright B.C., Dickinson M.B., Butler B.W., Jime­nez D., Hiers J.K. Fire weather conditions and fire – atmosphere interactions observed during low-intensity prescribed fires – RxCADRE 2012 // Int. J. WildL. Fire. 2016. V. 25, N 1. P. 90–101. DOI: 10.1071/WF14173.
11. Loboda E.L., Matvienko O.V., Vavilov V.P., Reyno V.V. Infrared thermographic evaluation of flame turbulence scale // Infrared Phys. Technol. 2015. V. 72. P. 1–7.
12. Mueller E.V., Skowronski N., Thomas J., Clark K., Gallagher M., Hadden R., Mell W., Simeoni A. Local measurements of wildland fire dynamics in a field-scale experiment // Combust. Flame. 2018. V. 194. P. 452–463. DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.05.028.
13. Morvan D., Dupuy J.L., Rigolot E., Valette J.C. FIRESTAR: A physically based model to study wildfire behaviour // Forest Ecol. Manag. 2006. V. 234 (Supplement). P. S114. DOI: 10.1016/j.foreco.2006.08.155.
14. Mell W., Jenkins M.A., Gould J., Cheney Ph. A physics-based approach to modelling grassland fires // Int. J. Wildl. Fire. 2007. V. 16, N 1. P. 1–22.
15. Mell W., Maranghides A., McDermott R., Manzello S.L. Numerical simulation and experiments of burning Douglas fir trees // Comb. Flame. 2009. V. 156. P. 2023–2041.
16. Filippi J.B., Bosseur F., Mari C., Stradda S. Numerical experiments using MESONH/FOREFIRE coupled atmospheric model // 8th Symposium on fire and forest meteorology. Kalispell, Montana USA, 13–15 October 2009. P. 10.
17. Linn R.R., Reisner J., Colman J.J., Winterkamp J. Studying wildfire behaviour using FIRETEC // Int. J. Wildl. Fire. 2002. V. 11. P. 233–246.
18. Бережная Н.А., Репина Е.М. Влияние пожаров на окружающую природную среду и здоровье человека // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2013. № 1(4). С. 321–325.
19. Синьков О.А., Почапский А.А. Влияние лесных пожаров на окружающую среду // Актуальные проблемы геотехники, экологии и защиты населения в чрезвычайных ситуациях: материалы 73-й студенческой научно-технической конференции, 28 апреля 2017. Электрон. дан. Минск: БНТУ, 2017. С. 101–103.
20. Шарагин А.М. Влияние лесных пожаров на экологическую ситуацию // Усп. современного естествознания. 2011. № 7. С. 236–236.
21. Гераськина А.П., Тебенькова Д.Н., Eршов Д.В., Ручинская E.В., Сибирцева Н.В., Лукина Н.В. Пожары как фактор утраты биоразнообразия и функций лесных экосистем // Вопросы лесной науки. 2021. Т. 4(2). С. 1–76. DOI: 10.31509/2658-607X-202142-11.
22. Несговорова Н.П., Савельев В.Г., Иванцова Г.В. Изучение проблемы лесных пожаров как фактора экологической опасности: региональный аспект // Фундаментальные исследования. 2014. № 12 (часть 6). С. 1207–1211.
23. Katurji M., Noonan B., Zhang J., Valencia A., Shumacher B., Kerr J., Strand T., Pearce G., Zawar-Reza P. Atmospheric turbulent structures and fire sweeps during shrub fires and implications for flaming zone behavior // Int. J. Wildl. Fire. 2022. V. 32, N 1. P. 43–55. DOI: 10.1071/WF22100.
24. Loboda E.L., Anufriev I.S., Agafontsev M.V., Kop’ev E.P., Shadrin E.I., Rejno V.V., Vavilov V.P., Lucenko A.V. Evaluating characteristics of turbulent flames by using IR thermography and PIV // Infrared Phys. Technol. 2018. V. 92. P. 240–243.
25. Лобода Е.Л., Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Рейно В.В., Гордеев Е.В., Тараканова В.А., Мартынов П.С., Орлов К.Е., Савин К.В., Дутов А.И., Лобода Ю.А. Влияние малых природных пожаров на характеристики атмосферы вблизи очага горения // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 10. С. 818–823. DOI: 10.15372/AOO20201011.
26. Лобода Е.Л., Рейно В.В., Агафонцев М.В. Применение термографии при исследовании процессов горения. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2016. 80 с.
27. Описание типа средства измерений. Комплексы автоматизированные измерительные «Автономная метеорологическая станция АМК-03». URL: https://www. ktopoverit.ru/prof/opisanie/36115-07.pdf (дата обращения: 20.04.2023).
28. Лобода Е.Л., Луценко А.В., Агафонцев М.В. Исследование турбулентности в пламени модельного пожара и возникновение индуцированной атмосферной турбулентности // Изв. вузов. Физ. 2023. Т. 66, № 4(785). С. 48–56.
29. Pope S.B. Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000. 810 p.
30. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008. 368 с.
31. Лукин В.П. Внешний масштаб турбулентности и его влияние на флуктуации оптических волн // Усп. физ. наук. 2021. Т. 191, № 3. С. 292–317.
32. Илюшин Б.Б. Процессы переноса в турбулентных течениях. Новосибирск, 2009. 102 с.