Ученые Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томского государственного и Томского политехнического университетов совместно провели моделирование верхового лесного пожара в условиях полигона. Результаты полевых экспериментов планируется использовать при разработке мобильного комплекса приборов для обнаружения лесных пожаров на ранней стадии.
Лесные пожары изучают ученые во всем мире десятки лет. Несмотря на все накопленные знания об их возникновении и распространении, пожары возникают вновь и вновь. В России их тушат сотрудники служб авиалесоохраны, нередко с риском для жизни, и далеко не всегда могут вовремя совладать с разбушевавшейся стихией. Эффективно бороться с пожарами можно лишь при условии их раннего обнаружения.
Когда-то обнаружение лесных пожаров производилось с наблюдательных вышек, затем – с применением малой авиации. Сейчас авиалесоохрана работает как с данными авиационного мониторинга, так и со спутниковыми данными. Пространственное разрешение бесплатных спутниковых снимков, однако, низкое (километр на километр), а предел измерения температуры поверхности, как правило, не превышает 50°С. Поэтому, например, отраженное от крыши домика лесника солнечное излучение или нагретая солнцем пашня на таких снимках могут никак не отличаться от реального очага горения.
Занимаясь отдельными очагами горения, ученые ИОА СО РАН и ТГУ определили устойчивую взаимосвязь между гидродинамическими и термодинамическими процессами, протекающими во фронте пожара и в окружающей атмосфере. Исследуя возникновение и распространение степных и низовых лесных пожаров, они получили количественные оценки влияния выделившейся энергии пожара на параметры атмосферы. Обладая этим опытом, ученые приступили к новой научной задаче – моделированию верховых лесных пожаров в условиях полигона.
– Для получения достоверной информации о процессах горения верхового пожара и переноса горения на хозяйственные постройки в обсерватории ИОА СО РАН «Базовый экспериментальный комплекс» мы создали модель постройки. Важно было увидеть, как воздействие верхового пожара проявляется на поверхности здания и что в это же время происходит внутри деревянной конструкции, как идет пиролиз в начальной стадии, затем обугливание и прогар, – рассказывает старший научный сотрудник ИОА СО РАН Владимир Рейно.
Для помощи в проведении экспериментов были приглашены сотрудники научно-производственной лаборатории «Тепловой контроль» ТПУ под руководством доктора технических наук Владимира Вавилова. В эксперименте использовались две скоростные инфракрасные камеры научно-исследовательского класса с рабочими спектральными диапазонами 7–13 и 3–5 микрон.
При помощи стационарных и мобильных датчиков ученые определяли пространственное распределение дыма – очевидного признака возгорания, который возникает при моделировании пожара. Очаг модельного пожара, в сравнении с реальными масштабами, был очень маленьким – порядка десяти метров, обнаружить его за километры невозможно. Определили высоту, с которой можно обнаружить дымовой признак, – до 20 метров. При помощи беспилотного летательного аппарата провели измерения значений концентрации дымовых частиц, превышающих фоновые, на расстоянии до двух километров.
– Мы установили, что кроме дыма при горении образуются метан, окись и закись азота, сернистый и другие газы, которые служат дополнительными маркерами возникновения пожаров. Выброс этих газов можно зарегистрировать дистанционно с помощью лидаров и других оптических систем, работающих в инфракрасном диапазоне. Также с помощью ультрафиолетового лидара, разработанного в институте под руководством старшего научного сотрудника Игоря Разенкова, мы выяснили, что в районе очага возгорания усиливается турбулентность атмосферы, – рассказал зав. кафедрой физической и вычислительной механики ММФ ТГУ, ведущий научный сотрудник ИОА СО РАН, доктор физико-математических наук Егор Лобода.
Полученные результаты создают серьезный задел для создания в будущем мобильного комплекса приборов и датчиков раннего обнаружения пожаров. Такой комплекс сможет охватывать большие площади и давать четкий сигнал о возникновении возгорания на ранней стадии. Для его установки можно использовать существующую наземную сеть различных измерительных станций и вышек сотовой связи.
Текст и фото: ТНЦ СО РАН