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作者:Rodman Linn 2011年6月26日下午1:30开始,来自Las Conchas空间的照片在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯附近的Jemez山区开火

第一天,在强风和不可预测的风的驱使下,火烧了43,000英亩 - 大约每秒一英亩的速度到火灾控制时,它已经燃烧了超过150,000英亩(照片由美国国家航空航天局提供)计算机模拟可能如何帮助我们更好地理解 - 并且更好地管理 - 野火这夏天,整个西部地区,气候变化带来的气温升高和降水减少,导致野火 - 大型灾难性火灾 - 的频率增加,而一个世纪的灭火在我们过度生长的森林中燃烧着厚厚的燃料

我们不能阻止所有的火灾 - 我们不应该把健康的生态系统依赖于它们但是了解驱动大火的因素并预测它们的行为有助于火灾社区通过适当的土地管理,应急计划为下一次火灾做准备和消防战略除了这些好处之外,对野火的更深入了解促使人们对使用规定火灾的策略以及对更大区域环境问题的洞察有重要见解,包括火灾如何改变河流流量以及饮用水,农业和能源生产用水的可用性对于研究野火的科学家来说,挑战在于预测看似无法预测的各种条件 - 温度,湿度,风速,风向,较大的天气模式,可用的燃料,燃料条件和地形 - 影响火灾的行为

例如,从肆虐的森林火灾中发出的热气体的运动,或点燃未燃烧的燃料的对流和辐射传热的组合,一开始似乎是不可能的

从火灾前沿如何与大气相互作用,需要考虑很多事情

将它推向火灾时燃料结构的反馈并向我发出风地形和区域气象的影响幸运的是,洛斯阿拉莫斯国家实验室非常适合解决这种多学科,最终基于物理的问题 - 实验室在野火预测和管理中占有一席之地随着Cerro Grande和Las Conchas的火灾展示,实验室和邻近社区同样容易受到我们家门口失控的冲突的影响

此外,洛斯阿拉莫斯的任务包括解决能源安全和国家安全问题,两者都可能受到野火的影响

模拟野火利用实验室在物理,计算建模和高性能计算几十年来,该实验室已经构建了复杂系统的计算机模型,这些模型随着时间的推移而变化

这项工作包括热气体 - 火灾 - 以及大气层实验室的超级计算机使其成为可能当一个大气科学家团队,计算物理学家和实验室地球和环境中的数学家网络科学部门与美国林务局洛矶山研究站和南方研究站合作,开始模拟构成野火的相互作用过程,作为预测其行为的基础,他们利用了丰富的专业知识和经验

部分是通过实验室的武器计划开发的一项研究工作由实验室研究员Francis Harlow(计算流体动力学的先驱)和国家高性能计算社区的有远见的人物Andrew White发起,促成了FIRETEC的发展

野火模型模拟许多物理过程之间的相互作用,这些物理过程决定火与周围环境之间不断变换的舞蹈FIRETEC现在与美国林务局合作开发,模拟火灾,燃料和景观环境之间的三维相互作用通过将FIRETEC与大气动力学m耦合odel称HIGRAD并使用现实世界数据,该团队可以代表火与大气之间的相互作用以及火对地形,植被,燃料和火灾动态的调整方式FIRETEC提供了一种研究火灾和学习如何更好的新方法管理和应对该模型为从事土地管理,水资源和能源工作的政策制定者的决策提供了额外的科学投入 该团队希望它最终能够帮助火灾和燃料管理运营目前,该团队正在与落基山研究站合作,研究风和斜坡对消防员安全区的热暴露的综合影响,并与空军荒地消防中心一起研究各种规定的消防策略的效率以及法国INRA和加拿大森林服务局研究燃料中断对火灾管理的影响但是,在火灾FIRETEC的复杂性和火灾期间,还有更多的研究需要进一步改进野火建模以供实际应用

所涉及的大量数据需要巨大的高性能计算机,例如洛斯阿拉莫斯提供的高性能计算机来进行模拟实验室主导的团队正在与林务局合作,将其从FIRETEC学到的东西用于协助开发和改进不太详细的数据

事故消防指挥官可以在他们的笔记本电脑上运行以预测火灾行为的速度更快的工具在接下来的几个小时里,这是一个足够短的时间框架,可以部署消防员,预计火灾的下一步行动或帮助消防员摆脱危险的方式这种速度更快的工具也可以使决策支持工具受益,例如目前的Simtable用于实验室的紧急行动中心另一方面,作为洛斯阿拉莫斯关于气候变化对流域影响的更大研究的一部分,实验室研究人员正致力于使用FIRETEC潜在地分离简化模型,例如一个模型可以探索,科罗拉多河系统灾难性火灾的后果如何改变圣胡安河的流量这在当地非常重要,因为圣胡安向圣达菲提供饮用水并冷却四角区发电站,这是一个主要的区域能源来源气候如何对植被的驱动改变会改变火灾的格局以及该流域的影响的严重程度

可以采取哪些措施来减少这些影响

正在进行的研究现在应该回答这些问题提供这些答案对于洛斯阿拉莫斯来说是一个合适的努力有几个原因虽然洛斯阿拉莫斯社区在野火方面遇到的不仅仅是公平的,但研究不仅仅是个人的:它符合实验室的使命加强能源安全和国家安全此外,多阶段流体动力学,传热,燃烧,计算机模拟和计算机科学相结合所需的专业知识与实验室的许多其他任务领域最佳一致“科学服务社会”是一个吸引人的这个短语,但在洛斯阿拉莫斯的野火造型中,它更不容易Rod Linn是洛斯阿拉莫斯国家实验室计算地球科学小组的资深科学家,他在那里研究和模拟大范围的大气现象计算物理学Linn领导了FIRETEC计算机程序的大部分开发和应用野火行为,但使用这个工具的广泛工作是通过广泛的洛斯阿拉莫斯调查人员以及国内和国际合作者完成的

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