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林火蔓延模拟方法的研究

作　者: 李锐
导　师: 曲智林
学　校: 东北林业大学
专　业: 应用数学
关键词: 预测模拟林火蔓延模型
分类号: S762
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

森林火灾与其他自然灾害相比,人为和自然条件均可引发,而且突发偶然性强,不容易预测。火灾往往会直接毁坏森林,燃烧过程中带来的高温和辐射也会打破生态平衡,造成巨大的经济财产损失。林火蔓延是可燃物受气象和地形条件影响下,复杂的燃烧运动过程。许多国家针对自身地貌特征和自然条件,建立了林火蔓延模型,由此对林火发生进行监控和预测,设定森林火险等级。本文主要以数学建模的方法对林火蔓延规律进行研究。选用气象因子和地形因子为特征因子,建立基于不同影响因子的林火蔓延数学模型,通过计算机模拟出气象因子、地形因子不同情形作用下的地面火蔓延区域,通过模拟出的结果,所得结论如下：首先,对于单一风力因子作用下的地面火模拟,风向恒定时,地面火蔓延区域较规则。当风速在2m/s-6m/s时,蔓延区域呈较圆、规则的对称椭圆；当风速在6m/s-10m/s时,蔓延区域呈较规则的细长对称椭圆；风速大于10m/s时,则相应模拟出的火蔓延区域近似变为线形。若风向发生偏转,火头随风向发生偏转,蔓延区域出现不规则变化。基本能够反映真实火场的变化情形,可应用到风力作用下平地地面火蔓延的预测中。其次,对于单一坡度因子作用下的上坡火模拟,当坡角小于40π/180范围时,火蔓延速度随坡角增大变化不显著；当坡角介于(40π/180,π/3)时,火蔓延速度随坡角增加增大明显；当坡角介于(π/3,π/2)时,实际情形中火场很难继续蔓延,计算出火蔓延速度实际意义不大。对于小坡度的无风上坡火蔓延基本符合实际情形,有一定参考价值。最后,推出混合因子作用下的林火蔓延模型,进行双因子影响地面火模拟,通过与传统模型的比较,用此模型进行模拟,无关键点缺失,火蔓延边界区域和火场面积计算可靠精度高,可用作与此条件类似的实际火场蔓延预测。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 前言  8
  1.2 林火蔓延的研究现状  8-9
    1.2.1 国外林火研究进展  8-9
    1.2.2 我国林火研究的进展  9
  1.3 林火蔓延概述  9-13
    1.3.1 林火蔓延的机理  9-10
    1.3.2 影响林火蔓延的因素  10-11
    1.3.3 林火蔓延的模型  11-13
  1.4 本文研究的内容及技术路线  13-14
2 基于风力因子的林火蔓延的模拟研究  14-24
  2.1 风力因子影响下林火蔓延模型的构建  14-18
    2.1.1 风向不变时林火蔓延模型  14-16
    2.1.2 风向改变时林火蔓延模型  16-18
  2.2 数据计算及模拟  18-23
    2.2.1 风向不变时林火蔓延的模拟  18-21
    2.2.2 风向改变时林火蔓延的模拟  21-23
    2.2.3 结果与分析  23
  2.3 本章小结  23-24
3 基于坡度因子对林火蔓延的模拟  24-29
  3.1 坡度影响林火蔓延原理  24
  3.2 坡度因子对林火蔓延影响的研究  24-27
    3.2.1 模型选取  24-25
    3.2.2 数据计算及模拟  25-26
    3.2.3 结果模拟与分析  26-27
  3.3 本章小结  27-29
4 基于双因子作用对林火蔓延的模拟  29-36
  4.1 双因子作用下林火蔓延模型构建  29-31
    4.1.1 风力因子和坡度因子的矢量合成  29
    4.1.2 双因子作用下的林火蔓延模型  29-31
  4.2 结果计算及模拟分析  31-35
    4.2.1 最大有效风力因素的计算  31-32
    4.2.2 风坡夹角的计算  32
    4.2.3 蔓延距离计算及区域模拟  32-33
    4.2.4 传统模型的比较  33-35
  4.3 林火蔓延过火面积的计算  35
  4.4 本章小结  35-36
结论  36-38
参考文献  38-41
附录  41-45
攻读学位期间发表的学术论文  45-46
致谢  46-47

林火蔓延模拟方法的研究

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