Væskedynamik giver indsigt i naturbrands adfærd

Kincade-ilden har brændt gennem Sonoma County, Californien, at fordrive mennesker fra deres hjem og efterlade ødelæggelser i kølvandet. Det er en skarp påmindelse om det stadig mere presserende behov for en bedre forståelse af, hvordan brande opstår og spredes.

Det er her Rodman Linn og hans forskning kommer ind i billedet. Han udvikler og bruger beregningsmodeller af den koblede interaktion mellem skovbrandene og den omgivende atmosfære på Los Alamos National Laboratory. I november 2019-udgaven af Fysik i dag , Linn beskriver et par af de mange måder, hvorpå væskedynamik styrer opførsel af brande.

Det er forkert at se naturbrande som fremrykkende flammevægge, som de ofte konceptualiseres. Bevægelsen og adfærden af ​​brande er langt mere kompleks.

"Opdriften forårsaget af energifrigivelsen af ​​selve ilden interagerer med de omgivende vinde for at producere komplekse mønstre af luftbevægelser, der dikterer ildens adfærd, sagde Linn, seniorforsker ved Los Alamos National Laboratory.

Den vigtigste måde, hvorpå skovbrande spredes, er gennem bevægelsen af ​​varme gasser forårsaget af omgivende vind, der skubber luft gennem hullerne mellem flammetårnene skabt af updrafts.

"Væskedynamikken, der styrer skovbranden, har en bred vifte af skalaer, " sagde Linn. "Det er alt fra bevægelsen af ​​varm eller kold luft omkring løv op til vejrmønstrene og topografi-induceret bevægelse af luft. Den brede vifte af skalaer og størrelser af flydende dynamikstrukturer er en del af det, der gør forudsigelse af naturbrande så udfordrende."

En del af at afbøde ødelæggelserne forårsaget af naturbrande er at forstå, hvordan ild interagerer med det omgivende miljø, så folk kan træffe bedre beslutninger om evakueringsplaner og hvordan strukturer er bygget.

"De beslutninger, der falder ind i det menneskelige stykke for at mindske ødelæggelse af naturbrande, afhænger af forståelsen af ​​nuværende og fremtidig naturbrandadfærd under en lang række forhold, sagde Linn.

En anden måde at håndtere skovbrande på er gennem kontrollerede forbrændinger, som er målrettede, strategiske brande påsat af landforvaltere. Det er en praksis, der i øjeblikket bruges med succes i det sydøstlige USA, men går århundreder tilbage til indianske nationer. Træerne i tilgroede skove giver overskydende brændstof, så skovbrande kan sprede sig. Ved at tænde foreskrevne brande med jævne mellemrum for at fjerne tilgroning, som afhænger af den lokale økosystemtype, risikoen for katastrofale brande kan mindskes.

Foreskrevne brande kontrolleres omhyggeligt ved hjælp af komplicerede antændelsesmønstre, der er baseret på lokal vegetation, topografi og vejrforhold.

For at bringe denne praksis med succes til den vestlige del af landet, det er nødvendigt at bruge forskning udført af Linn og andre i organisationer, ligesom USDA Forest Service og Tall Timbers Research Station, at forstå, hvordan de forskellige miljøforhold påvirker, hvordan branden opfører sig. Gennem denne form for forskning, forskere håber at gøre det muligt for praktiserende læger at skræddersy de foreskrevne brandtaktik til en bredere vifte af scenarier og øge deres evne til at tilpasse sig dynamiske forhold.