Пчелинцева (1235564), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для моделирования переноса дыма и аэрозолей, необходимо знать параметры пожара (местоположение, тип и количество биомассы, продолжительность) и иметь метеорологические прогнозы скорости и направления ветра, температуры и осадков.
3.5 Вычисление распространения аэрозоля с помощью обратных траекторий
Для определения территории, охваченной дымовым аэрозолем, существует методика, основанная на вычислении обратных траекторий [24].
Уравнения траекторий записываются в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:
(3.4)
(3.5)
(3.6)
где
- текущие координаты частицы;
– горизонтальные составляющие скорости ветра;
– вертикальная скорость.
Находим решение системы (3.3) – (3.5) используя вычислительную схему, предложенную в работе [25].
(3.7)
где 
– шаг по времени.
3.6 Моделирование переноса примеси на реальном примере
В выбранной области задан верховой пожар радиусом 
5 км, со следующими коэффициентами:
а) средний запас ЛГМ региона (
) – 8 т углерода на 1 га:
б) доля углерода в биомассе 
;
в) масштабируемый коэффициент 
= 1.
Форма пожара круговая, а значит, мы можем рассчитать площадь 
пожара, используя формулу (3.1):
Зная площадь, мы можем вычислить общую массу соединений углерода выделившихся при пожаре по формуле (3.2):
Выяснив общую массу соединений углерода, и используя формулу (3.3), рассчитаем массу определенных поллютантов, обратившись к табл. 1 за значениями коэффициентов эмиссий 
:
для угарного газа
для углекислого газа
для метана
В данном расчете были рассмотрены только 3 газа: оксид углерода 
, диоксид углерода 
и метан 
, т.к. именно они вносят основной вклад в загрязнение атмосферы при лесополевых пожарах.
Далее рассчитаем траектории движения частиц, с помощью которых мы сможем показать перенос примесей вдоль р. Амур. Эти траектории приведены на рисунках 3.1-3.5 за 6-7 июня 2014 г. Видно, что загрязняющие вещества перемещаются вместе с ветром, и в конечном итоге достигают Татарского пролива и Сахалинского залива (источник пожара находится около г. Хабаровск).
Остальные рисунки иллюстрирующие перенос примесей на разных высотах представлены в приложении А.
Рисунок 3.1 – Перенос примеси на уровне земли 06.07.2014 18:00
Рисунок 3.2 – Перенос примеси на уровне земли 07.07.2014 00:00
Рисунок 3.3 – Перенос примеси на уровне земли 07.07.2014 06:00
Рисунок 3.4 – Перенос примеси на уровне земли 07.07.2014 12:00
Рисунок 3.5 – Перенос примеси на уровне земли 07.07.2014 18:00
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Пожар – это неконтролируемое стихийное бедствие, которое представляют особую опасность для людей и животных, уничтожая огромные площади лесов, а в отдельных случаях, сооружения и населенные пункты.
Кроме того, во время пожара происходит большой выброс загрязняющих веществ, который может распространяться на достаточно большие расстояния от места возгорания. При лесных пожарах выделяется много соединений углерода - угарный газ, метан, двуокись углерода и другие. Многие из этих газов являются парниковыми и оказывают значительное влияние на биосферу планеты.
Для Дальнего Востока характерны не только лесные пожары, но и распространены случаи поджогов в сельскохозяйственных целях, это приводит к выбросу дыма, сажи и дополнительному риску возникновения крупных очагов пожаров.
В данной работе проведено моделирование распространения примесей выделяющихся при лесополевых пожарах, рассчитано количество выбрасываемых веществ при горении лесного покрова. А именно проведена оценка общих эмиссий углерода и эмиссий конкретных углеродосодержащих газов. Также, для оценки территории охваченной дымом использовалась методика, основанная на вычислении обратных траекторий с помощью дифференциальных уравнений и численных методов.
С учетом метеорологических данных была построена модель переноса примеси. В данной работе предоставлены рисунки распространения аэрозоля в течении суток на разных высотных уровнях в нижнем течении Амура.
Данная тема исследования очень актуальна для нашего региона и имеет перспективы для дальнейшего развития.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
-
Потапов А.Д. Экология. – Москва: 2000. - 448 с.
-
Всемирная организация здравоохранения. URL: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2014/air-pollution/ru/ (дата последнего обращения: 23.05.2015).
-
Гришин А.М. О математическом моделировании природных пожаров и катастроф // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2008. – № 2. - С. 105 – 114.
-
Шельмина Е. А. Применение технологий параллельного программирования для решения обратных задач переноса примеси в атмосферном воздухе // Доклады ТУСУРа. – № 3 (29), сентябрь 2013. – С. 23-25.
-
Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. – Москва: Наука, 1982. – 315 с.
-
Skamarock W.C., Klemp J.B. A time-split non-hydrostatic atmospheric model for research and NWP applications // J. Comp. Phys. – 2007. – Specialissueonenvironmentalmodeling. − P. 3465–3485.
-
Вельтищев Н.Ф. О моделях общего пользования ММ5 и WRF. – Москва: 2005. (препринт). 99 с.
-
Романский С.О. Численное моделирование мезомасштабных атмосферных вихрей.: дис. … канд. физ.-мат. наук: 05.13.18. — Хабаровск, 2013. — 133 с.
-
Романский С.О., Вербицкая Е.М. Краткосрочный численный прогноз погоды высокого пространственного разрешения по Владивостоку на базе модели WRF–ARW // Вестник ДВО РАН. – 2014.– № 5. –С. 48-57.
-
Global Forest Resources Assessment 2010 - Main report FAO FORESTRY PAPER 163. Food and Agriculture Organization of the United Nations - Rome, 2010
-
Ходаков В.Е., Жарикова М.В. Лесные пожары: методы исследования. ‒ Херсон: Гринь Д.С., 2011. ‒ 470 с.
-
Министерство природных ресурсов Хабаровского края URL: http://mpr.khabkrai.ru/contents/22/ (дата последнего обращения: 14.05.2015).
-
Амосов Г. А. Некоторые закономерности развития лесных низовых пожаров // Возникновение лесных пожаров: сб. ст. – Москва: Наука, 1964. – С. 152-183.
-
Коровин Г.Н. Основные направления развития и совершенствования системы оценки и прогноза пожарной опасности / Г.Н. Коровин, В.Д. Покрывайло, З.М. Гришман, В.М. Латыпин, И.Ф. Самусенко // Лесные пожары и борьба с ними. – Ленинград: ЛенНИИЛХ, 1986. – С. 18-31.
-
Soja A.J. et al. Climate-induced boreal change: Predictions versus current observations // Global and Planetary Change, vol. 56. – 2007. – P. 274-296.
-
Ковалев А. П., Корякин В. Н., Сапожников А. П. Лесоресурсная составляющая в программе экологического развития Хабаровского края // Динамика и состояние лесных ресурсов Дальнего Востока : материалы рег. конф. – Хабаровск, 2002. – С. 4–17.
-
Майорова Л. П., Садыков А. И., Сыч И.Ю. Воздействие лесных пожаров на экосистемы и компоненты природной среды (на примере Хабаровского края) // Электронное научное издание «Ученые заметки ТОГУ», 2013. –Том 4. – № 4. – С. 1 – 8.
-
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – Москва: Наука, 1984. – 832 с.
-
Андон Ф.И. Логические модели интеллектуальных информационных систем / Ф.И. Андон, А.Е. Яшунин, В.А. Резниченко. – Киев: Наук.думка, 1999. – 398 с.
-
Kiehl J. T.; Kevin E. Trenberth (1997-02). «Earth's Annual Global Mean Energy Budget». Bulletin of the American Meteorological Society 78 (2). – Р. 197-208.
-
Мельник А. А., Техтереков С.А., Мартинович Н. В., Калюжина Ж. С. Справочник начальника караула пожарной части. — Справочник / Сибирская пожарно-спасательная академия - филиал Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, 2014.
-
Seiler W., Crutzen P.J. Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and atmosphere // Clim. Change. - 1980. - Vol. 2. – P. 207–247.
-
Kasiscke E.S., Hyer E.J., Novelli P.C. et al. Influences of boreal fire emissions on Northern Hemisphere atmospheric carbon and carbon monoxide // Global Biogeochem. Cycles. Vol. 19. – GB1012. – doi:10.1029/2004GB002300.
-
Sutton R.T., O’Neill A., Taylor F.M. High-resolution stratospheric tracer fields estimated from satellite observations using lagrangian trajectory calculations // J. Atmos. Sci. – 1994. – Vol. 51. – P. 2995–3005.
-
Белоусов С.Л., Юсупов Ю.И. Расчет трехмерных траекторий воздушных частиц // Метеорология и гидрология. 1991. № 12. С. 41–48.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Перенос примесей на различных высотах
В данном приложении на рисунках А1 – А15 проиллюстрирован перенос примесей от лесополевого пожара на различных высотах (1, 3 и 5 км) в течении суток (6 – 7 июля 2014).
Рисунок А.1 – Перенос примеси на высоте 1 км 06.07.2014 18:00
Рисунок А.2 – Перенос примеси на высоте 1 км 07.07.2014 00:00
Рисунок А.3 – Перенос примеси на высоте 1 км 07.07.2014 06:00
Рисунок А.4 – Перенос примеси на высоте 1 км 07.07.2014 12:00
Рисунок А.5 – Перенос примеси на высоте 1 км 07.07.2014 18:00
Рисунок А.6 – Перенос примеси на высоте 3 км 06.07.2014 18:00
Рисунок А.7 – Перенос примеси на высоте 3 км 07.07.2014 00:00
Рисунок А.8 – Перенос примеси на высоте 3 км 07.07.2014 06:00
Рисунок А.9 – Перенос примеси на высоте 3 км 07.07.2014 12:00
Рисунок А.10 – Перенос примеси на высоте 3 км 07.07.2014 18:00
Рисунок А.11 – Перенос примеси на высоте 5 км 06.07.2014 18:00
Рисунок А.12 – Перенос примеси на высоте 5 км 07.07.2014 00:00
Рисунок А.13 – Перенос примеси на высоте 5 км 07.07.2014 06:00
Рисунок А.14 – Перенос примеси на высоте 5 км 07.07.2014 12:00
Рисунок А.15 – Перенос примеси на высоте 5 км 07.07.2014 18:00
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
