Введение 3
1 Метеорологические условия возникновения лесных
пожаров 6
1.1 Метеорологические характеристики, влияющие на
пожароопасность 6
1.1.1 Влажность воздуха 6
1.1.2 Температура 7
1.1.3 Ветер 13
1.1.4 Осадки 13
1.2 Комплексные показатели пожарной опасности по условиям
погоды 14
1.2.1 Комплексный показатель пожарной опасности В.Г.
Нестерова 14
1.2.2 Комплексный показатель пожарной опасности Л.И.
Сверловой 18
1.2.3 Комплексные показатели пожарной опасности по условиям
погоды М. А. Софронова 20
1.2.4 Комплексный показатель пожарной опасности М. Я.
Здеревой 22
1.2.5 Комплексный показатель пожарной опасности Г.П.
Телицына 24
2 Особенности модели WRF при прогнозе
метеорологических полей 26
2.1 Структура модели WRF 28
2.1.1 Система предпроцессинга 28
2.1.2 Система ассимиляции данных 30
2.1.3 Система моделирования 31
2.1.4 Система постпроцессинга 35
2.2 Изменение конфигурации модели WRF 36
2.2.1 Параметры списка вводимых переменных файла
namelist.wps 36
2.2.2 Параметры списка вводимых переменных файла namelist.
input 42
3 Оценка пожарной опасности по условиям погоды 47
3.1 Расчет индексов пожарной опасности с помощью данных
реанализа 47
3.2 Расчет индексов пожарной опасности с помощью
результатов гидродинамического моделирования 50
3.3 Оценка качества прогноза пожарной опасности по
результатам гидродинамического моделирования 54
3.3.1 Визуальная верификация 54
3.3.2 Статистическая верификация 56
3.3.3 Диагностические методы верификации результатов
прогноза 61
Заключение 64
Список использованных источников 66
Приложение №1 69
Приложение №2 73
Как известно пожары - опасное явление, наносящие огромный и трудновосполнимый ущерб природе и человеку. Но, несмотря на опасность этого явления, пожары возникают регулярно, хотя в наших силах взять это явление под контроль, принимая своевременные меры по контролю пожароопасных ситуаций. Основная причина пожара - человеческая деятельность, однако и погодные условия вносят большой вклад в возникновение пожаров, в первую очередь в лесах.
Необходимость наличия информационных систем позволяющих прогнозировать пожароопасные ситуации по исходным данным побуждает к созданию схемы такого прогноза, что является целью данной работы.
На сегодняшний день основной особенностью прогнозирования пожарной опасности (ПО) по условиям погоды является обилие методик прогноза, связанное с многообразием факторов влияющих на возникновение лесных пожаров. Гидродинамическое моделирование позволяет учитывать роль различных конкурирующих процессов и их влияние на распределение метеорологических величин, позволяя оценить влияние этих величин на пожароопасную обстановку. Ввиду этого, прогноз пожароопасности с помощью методов гидродинамического моделирования является актуальной научной и практической задачей.
В данной научно-исследовательской работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Изучить разработанные на данный момент методики прогноза пожарной опасности по условиям погоды.
2. Изучить методику гидродинамического прогноза с использованием мезомасштабной модели гидродинамической модели WRF.
3. С помощью модели WRF получить требуемые для прогноза пожароопасностиметеорологические характеристики для выбранного периода времени.
4. Выработать критерии, подходящие для прогноза пожароопасности по результатам прогноза модели.
5. Создать алгоритм расчета и визуализации выбранных критериев прогноза пожароопасности.
6. Провести анализ спрогнозированной и фактической пожароопасной обстановки и сделать выводы о том, какой из критериев наиболее достоверно прогнозирует пожароопасность для выбранного периода.
Из поставленных задач следует что, объектом данного исследования являлся прогноз пожарной опасности по условиям погоды, а предметом существующие критерии (методики) такого прогноза.
Для решения вышеуказанных задач были использованы методы статистической верификации, а так же математического моделирования. Расчеты критериев прогноза пожарной опасности и адаптация модели для прогнозирования метеорологических характеристик за весть выбранный период были реализованы на языке высокого уровня FORTRAN, а визуализация и статистический анализ были выполнены на языке PYTHON.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений. Общий объем работы составляет 75 страниц. Список использованных источников содержит 26 наименований.
Первая глава включает в себя подробный разбор факторов, которые считаются значимыми при прогнозе пожароопасности, и исследование существующих методик прогноза пожарной опасности по условиям погоды. Во второй главе рассматриваются особенности мезомасштабной гидродинамической модели WRF и ее ключевые параметры, понимание функций которых необходимо для создания успешного прогноза на выбранной территории. В третьей главе описаны этапы создания алгоритма расчета и визуализации критериев пожароопасности, этапы создания и анализ оценки успешности результатов прогноза пожароопасности по условиям погоды.
Таким образом, вопрос разработки прогноза пожароопасности в связи с серьезными разрушительными последствиями этого явления остается открытым. Погодные условия в значительной степени влияют на образование и распространение пожаров, поэтому прогноз пожароопасности по условиям погоды на основании результатов гидродинамического моделирования является актуальной задачей.
В результате проведенного исследования были решены следующие задачи:
1. Изучить разработанные на данный момент методики прогноза пожарной опасности по условиям погоды.
2. Изучить методику гидродинамического прогноза с использованием мезомасштабной модели гидродинамической модели WRF.
3. С помощью модели WRF получить требуемые для прогноза пожароопасности метеорологические характеристики для выбранного периода времени.
4. Выработать критерии, подходящие для прогноза пожароопасности по результатам прогноза модели.
5. Создать алгоритм расчета и визуализации выбранных критериев прогноза пожароопасности.
6. Провести анализ спрогнозированной и фактической пожароопасной обстановки и сделать выводы о том, какой из критериев наиболее достоверно прогнозирует пожароопасность для выбранного периода.
На основании полученных результатов были сделаны следующие выводы:
• в условиях высокой пожарной опасности, ее прогноз с помощью КИЛО на основании результатов прогноза метеорологических характеристик моделью WRF, дает хорошие результаты, согласующиеся с фактически наблюдаемыми очагами возгораний;
• по результатам визуальной и статистической верификаций, лучше всех высокую пожароопасность прогнозирует индекс Сверловой с поправкой на скорость ветра при условии оправданности затрат на дополнительные меры защиты от пожаров;
• на основании того, что индекс Здеревой является наиболее физически обоснованным среди всех рассмотренных КППО, с помощью него можно успешнее спрогнозировать пожароопасность при более тщательном подборе градаций классов пожарной опасности.
В дальнейшем будет проведена оценка качества прогноза с помощью диагностических методов верификации, а также, основываясь на результатах объектной верификации, будет подобрана и испытана новая шкала классов пожарной опасности для индекса Здеревой. Так как антропогенный фактор на данный момент является основной причиной пожаров, будет предпринята попытка расчета комплексных показателей пожарной опасности с учетом антропогенной нагрузки путем введения весовых коэффициентов, зависящих от дня недели.
