Fizyka Rozprzestrzeniania Się Pożarów Lasowych

Trójkąt ognia i jak drewno rzeczywiście się spala

Ogon potrzebuje trzech rzeczy jednocześnie — paliwa, tlenu i ciepła — a usuwając dowolną z nich, wygasza. To dokładnie jak działają taktiki zapalnicze: woda usuwa ciepło, ostre krawędzie drewna usuwają paliwo, a dezynfektanty blokują kontakt tlenu. Drewno samego sie nie spala bezpośrednio; najpierw doznaje pyrolyzy — termicznej dekompozycji na temperaturze 200–300°C, która wydziela gazowe paliwo (CO, hidrokarbony, H₂) i zostawia za sobą popiół. To właśnie gazy spalają. Współczynnik wilgotności jest jednym z najważniejszych przewidywaczy zachowania ognia: drewno zawierające 30% wilgoci prawie się nie podnieś, a drewno zawierające 4% wilgoci spala eksplozjonalnie, ponieważ każdy procent wody musi zostać zanadto przed rozpoczęciem spalania.

Jak ciepło dociera do następnego drzewa

Ogień rozprzestrzenia się ze względu na dwa główne mechanizmy, dzięki którym ciepło dotyka nienaruszonego paliwa przed frontem ognia. Radiacja — infrared od ognia czerwienią i suchej pobliskiej roślinności — skala z temperaturą do czwartego stopnia, więc nawet mała wzrost temperatury ognia znacząco podnosi flux radiacyjny; dominuje on w gęstych lasach z spokojnymi wiatrami. Konwekcja — podnosząca się kolumna ciepłego powietrza, która biegnie przed siebie pod wpływem wiatru i przerdzewia drzewa — typowo odpowiada za 50–70% prędkości rozprzestrzeniania się ognia w większości pożarów. Kondukcja, z drugiej strony, jest wolna i mało istotna dla zachowania pożaru leśnego.

Rothermel rate of spread (1972):
R = I_R · ξ · (1 + φ_W + φ_S) / (ρ_b · ε · Q_ig)
  I_R  = reaction intensity     φ_W, φ_S = wind & slope multipliers
  ξ    = propagating flux ratio  ρ_b·ε·Q_ig = heat of ignition per volume

Stożek, wiatr, ogniwie i spodziewanie się

Wierny odwraca płomienie w kierunku nienaruszonego materiału, zasilając podstawę ognia tlenu, utychcza materiał na stronie windowej, a także przewozi palące się szczątki kilometry przed siebie – spodziewanie się. Stożek tworzy tą samą geometrię bez żadnego wiatru: ognisko biegnące po górnej stronie ma płomienie naturalnie skierowane nad materiał powyżej, co oznacza, że nachylenie 20° podwójnie zwiększa szybkość rozprzestrzeniania się, a nachylenia 45° mogą zdecydowanie jej zwiększyć. Stożek w kierunku wiatru tworzy najbardziej zagrożone kombinacje. Ogniska powierzchniowe, które docierają do „ladder” młodych drzew lub gęstych krzaków, mogą dostać się na koronę, rozprzestrzeniając się 2–10 razy szybciej niż ognisko powierzchniowe i stając się prawie niemożliwe do zahiataku. W trakcie pożarów Black Saturday w Australii, emerycy były spodziewane nawet 35 km przed głównym frontem, który sam się poruszał o prędkość do 25 km/h.

Pogoda pożarowa i ciepły klimat

indeksy zagrożenia pożarowym kombinują temperaturę, wilgotność, wiatr i suchy okres; najbardziej niebezpieczne warunki na całym świecie mają wspólną charakterystykę — ciepłe (>35°C), suchy (<20% wilgotności względnej) i wiatrowe (>40 km/h), czy to wiatry Diablo/Santa Ana w Kalifornii, czy gorący wschodni wiatr przed zimowym frontem w południowo-wschodnim Australii. Zmiana klimatu rozszerza te warunki trzema sposobami: wzrost temperatury powieksza deficyt wilgoci, co suchuje roślinność (około podwójne pole spalone na 1°C podwyższenia temperatury w regionach zagrożonych pożarami), wcześniejsze zmeltingowe śniegu i opadów letnich przedwczesza sezon pożarowy o kilka tygodni za dekadę, a akumulujące się wieloletnie suchy okresy suchują głębokie materiały spalone, które w normalnych warunkach odpowiadają na podpalenie. Pożary zimne 2019–2020 roku w Australii — zwane „Ciemnym Zimem” — spaliły 24 milionów hektarów – pole porównywalne z całą Wielką Brytanią – a studia przypisania odpowiedzialności stwierdziły, że były o 30% bardziej prawdopodobne ze względu na cieplarniane podwyższenie temperatury.

Często zadawane pytania