Forudsigelse af spredning af naturbrande gennem computersimuleringer

Computersimuleringer kan forudsige spredningen af ​​skovbrande gennem dele af en rigtig skov ved hjælp af en realistisk, men beregningsmæssigt effektiv ny metode til at modellere forbrændingen af ​​individuelle træer. Modellen, som nøjagtigt fanger naturbrandadfærd i skovskala, blev skabt af KAUST-forskere og deres internationale samarbejdspartnere.

"Vores arbejde kan hjælpe med at gøre rigtige skovbrande mere forudsigelige ved at simulere potentielle brandscenarier med ægte skovbrugsdata, siger Torsten Hädrich, en ph.d. elev i Dominik Michels gruppe. "Vi er også i stand til at simulere, hvordan brandbrænder i skove kan bruges til at begrænse brandspredning, " tilføjer han.

Simuleringer af klimaændringer har længe forudsagt en global stigning i udbredelsen og intensiteten af ​​naturbrande. "Vi gav vores forskningsartikel titlen "Fire in Paradise" med henvisning til den nordlige californiske by Paradise, der blev ødelagt af en skovbrand i november 2018, resulterede i mere end 80 dødsfald, siger Michels, der ledede forskningen.

Nøjagtige beregningssimuleringer kan forbedre vores forståelse og håndtering af naturbrandadfærd. "Den største udfordring er at fange den komplekse dynamik, der er involveret, " forklarer Hädrich. Simuleringen skal omfatte en model for træforbrænding og en væskedynamikkomponent til simulering af brand, mens der tages højde for miljøvariationer, såsom trætæthed, terræn og vind.

Tidligere brandsimuleringer i skovskala har repræsenteret træer som simple kegler eller cylindre, men denne ekstreme forenkling af skovstruktur reducerer nøjagtigheden af ​​simuleringen. Hädrich, Michels og deres samarbejdspartnere udviklede en metode til at modellere træer som samlinger af grenlignende moduler. "Vores modulbaserede repræsentation giver en måde at kontrollere detaljeringsniveauet for simuleringen, " siger Hädrich.

Afhængigt af scenariet, der simuleres, hvert træ kan repræsenteres enten af ​​mange detaljerede moduler for at generere yderst realistiske forgreningsstrukturer eller af færre grovere moduler til effektiv beregning. "Vores tilgang er i stand til realistisk at simulere udbredelsen af ​​brand gennem hele økosystemer med varierende skovdække, " siger Hädrich.

Yderligere forbedringer af simuleringens forudsigelige nøjagtighed omfatter modellering af skydannelsen og nedbøren, der kan resultere i, at vanddamp frigives fra brændende vegetation. Yderligere justeringer af simuleringen er planlagt, bemærker Michels. "Vi vil gerne inkludere simuleringen af ​​gnister, der flyver gennem luften og adressere brandspredning på jorden lettet af græs, grenaffald og underskovsvegetation, " siger han. "Vi planlægger også at validere vores tilgang yderligere ved hjælp af satellitbilleder af rigtige skovbrande, " tilføjer Michels.