Ученые отслеживают и анализируют летящие угли, вызывающие точечные пожары
В хаосе лесного пожара жар, ветер, пламя и топливо взаимодействуют, порождая тлеющие угли, которые уносятся в окружающие районы, вызывая новые точечные пожары и распространяя разрушения в зонах дикой природы и застройки в Калифорнии. Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне провели первые в своем роде полевые эксперименты, чтобы лучше понять физику этих огненных частиц. Их результаты могут помочь властям точнее моделировать исходы катастроф, происходящих с возрастающей частотой в условиях потепления климата.
В статье, опубликованной в журнале Physics of Fluids, команда описывает свою экспериментальную установку на Лесной исследовательской станции Блоджетт в горном массиве Сьерра-Невада. Они построили кострище из древесины сосны жёлтой и пихты Дугласа, включая ветки и хвою — основных материалов, питающих пожары в Сьеррах. В ходе ночных экспериментов использовалась высокоскоростная съемка для отслеживания эволюции пламени в течение примерно 20 минут. Траектории частиц-углей отслеживались с помощью метода PTV, что позволило изучить динамику потоков и турбулентность. Для сбора выброшенных частиц с последующим анализом их размера, формы и плотности в лаборатории вокруг костра были расставлены противни с водой.
«Изменение климата делает пожары крупнее и сложнее, а характер застройки в зонах дикой природы и застройки означает, что эти пожары наносят ущерб, напрямую затрагивающий жителей этих районов как финансово, так и с точки зрения личной безопасности», — отметил соавтор Тирта Банерджи. Компьютерные модели часто предполагают, что распространение углей связано с интенсивностью пожара, но группа Банерджи обнаружила, что их образование носит высоко прерывистый характер, происходя мощными выбросами, которые могут забрасывать загорающиеся частицы далеко от источника непредсказуемым образом.
«Современные модели могут недооценивать потенциал крупных углей к переносу на большие расстояния из-за упрощений, касающихся формы огненных шлейфов и самих частиц», — пояснил ведущий автор Алек Петерсен. Он добавил, что прерывистость в шлейфе и скорости генерации углей часто игнорируется в моделях, которые фокусируются на наиболее вероятной дистанции переноса. Именно статистически редкие события — одновременные выбросы относительно крупных углей с мощными турбулентными восходящими потоками — могут быть ответственны за перенос наиболее опасных частиц дальше, чем можно предсказать. «Пожары выбрасывают миллиарды углей. Достаточно одного, чтобы начать новый пожар, поэтому учет этих прерывистых эффектов может улучшить расчеты рисков возникновения новых очагов».