Оценки характеристик вертикального распределения выбросов от лесных пожаров на основе спутниковой информации

Ермакова, Татьяна Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Оценки характеристик вертикального распределения выбросов от лесных пожаров на основе спутниковой информации
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Оценки характеристик вертикального распределения выбросов от лесных пожаров на основе спутниковой информации"

Министерство образования и науки Российской федерации ФГБОУ ВПО

«Российский государственный гидрометеорологический университет» (РГГМУ)

шеи 1.86

4858478

Ермакова Татьяна Сергеевна

ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВОЙ

ИНФОРМАЦИИ

25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- з НОЯ 2011

Санкт-Петербург 2011

4858478

Диссертация выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный гидрометеорологический университет»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Смышляев Сергей Павлович

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Софиев Михаил Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Егоров Александр Дмитриевич

доктор физико-математических наук, профессор

Генихович Евгений Львович

Ведущая организация:

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова

Защита диссертации состоится 17 ноября 2011 г. в 15 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д212.197.01 при Российском Государственном Гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, г.Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан «_» октября 2011 г

Ученый секретарь диссертационного совета Й А. И. Угрюмо в

Доктор географических наук, профессор /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Пожар является одним из самых серьёзных факторов, способных изменить облик ландшафта, а также культурной среды. Эти изменения могут быть очень глубокими, по сути катастрофическими, а могут быть началом или предпосылкой нового цикла развития ландшафта.

Пожары, применяемые для расчистки территории в сельском хозяйстве, а также лесные пожары, вызванные поджогами и молнией, играют важную роль в экосистеме Земли. Помимо их роли в углеродном цикле земной биосферы, пожары представляют собой очень значительный источник выбросов в атмосферу оксидов азота (ЛОХ), летучих органических веществ (УОС, БУОС), оксидов углерода (СОХ), оксида серы (802) и метана (СН4). Указанные выбросы вносят серьезный вклад в глобальный цикл различных газовых примесей и аэрозолей.

Высота подъема дымовой струи от пожаров является определяющим фактором, влияющим на продолжительность атмосферного цикла, трансформацию и перенос продуктов горения. В частности, вынос аэрозоля и многоатомных газов в стратосферу означает их долгое присутствие в атмосфере Земли и как следствие существенное влияние на изменение климата; наличие продуктов горения в верхних слоях тропосферы приводит к изменениям в ее химическом составе; локально выбросы от пожаров отрицательно влияют на качество приземного воздуха.

Существующие системы мониторинга пожаров и оперативного прогнозирования распространения продуктов горения часто содержат крайне грубые оценки высоты подъема дымовой струи. Абсолютная ошибка вычисления может составлять несколько километров.

Цель диссертационного исследования

Решение проблемы оценки высоты подъема дымовой струи от лесных пожаров в глобальном масштабе, используя интегральные характеристики основных физических процессов и данные дистанционного зондирования.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

• создание комплекта модельных оценок метеорологических характеристик в

районе пожара;

• разработка нового полуэмпирического метода оценки высоты подъема

дымовой струи от лесных пожаров;

• идентификация параметров нового метода расчета высоты подъема

примесей от лесных пожаров;

• оценка эффективности нового метода в сравнении с существующими

методологиями оценок высоты подъема дымовой струи от высокотемпературных источников в приложении к лесным пожарам;

• долгопериодное моделирование вертикального распределения выбросов от

лесных пожаров в глобальном масштабе.

Научная новизна

В процессе анализа проблемы, разработки нового метода, его сравнения с существующими подходами и применения для создания глобальных оценок вертикального профиля выбросов были получены следующие новые научные результаты:

1. Разработан новый метод оценки высоты выброса от лесного пожара, основанный на спутниковых характеристиках пожара и модельных оценках метеорологической ситуации. Эффективность данного метода позволяет применять его для оперативного мониторинга.

2. Показана взаимосвязь нового метода с существующими подходами.

3. Продемонстрирована более высокая оправдываемость расчетов высоты подъема дымовой струи новым методом в сравнении с другими подходами.

4. Продемонстрирована доминирующая роль интегральных параметров атмосферы и пожара, таких как высота пограничного слоя атмосферы, и мощность пожара, в определении высоты подъема дымовой струи.

5. Впервые получены оценки характерного профиля распределения выбросов от пожаров в глобальном масштабе.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод расчета высоты подъема дымовой струи от лесного пожара, использующий данные спутникового мониторинга и расчеты численных моделей прогноза погоды;

2. Результаты анализа качества нового метода расчета высоты подъема выбросов от лесных пожаров в сравнении с существующими подходами;

3. Оценки глобального распределения высот выбросов от лесных пожаров, основанные на результатах долгосрочного моделирования подъема дымовой струи.

Обоснованность и достоверность результатов

Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждена сравнением с контрольным комплектом данных, сравнением с другими методами и оценками, полученными в независимых исследованиях.

Теоретическая и практическая значимость работы

Научный интерес также представляет обзор существующих моделей, методик и формул, адаптированных и применимых для расчета высоты выбросов от лесных пожаров.

Практическую ценность представляет созданная в процессе работы глобальная база данных по высотам выбросов от лесных пожаров. Также может быть рекомендовано к использованию среднее распределение высот выбросов от лесных пожаров.

Внедрение новой методологии расчета подъема дымовой струи в SystemforIntegratedmodeLlingofAtmosphericcoMposition (БШАМ) позволит проводить оперативный расчет высот выбросов от лесных пожаров в реальном времени. И как следствие, становится возможным прогнозирование влияния выбросов от лесных пожаров на обще-экологическую обстановку.

Личный вклад автора

Все положения, выносимые на защиту, основанные на результатах исследований, проведены автором самостоятельно. Выбор подходов к решению

задач, разработка метода и алгоритм расчетов проведены автором совместно с учеными из Финского метеорологического института (ФМИ) и Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГМУ).

Апробация работы

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:

на рабочих семинарах в Финском метеорологическом университете (январь-2010, сентябрь-2010, апрель-2011).

Annual symposium EU FP-7 МАСС (Monitoring of atmospheric composition and climate), Utreght (май-2011)

Joint-Workshop Global Emission Inventory Activity (GEIA) and EU FP-7 PEGASOS project (июнь-2011)

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИЙ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ПРИ ЛЕСНЫХ И ТОРФЯНЫХ ПОЖАРАХ (Государственный контракт №16.515.11.5029)

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти основных глав и заключения. Объем работы 90 страниц, в том числе 10 рисунков и 2 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 100 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор, посвященный существующим моделям, методологиям и формулам, применяемых в расчетах высоты выбросов от лесных пожаров.

Определение высоты выбросов от лесных пожаров имеет фундаментальное значение для переноса дымовой струи. При горении биомассы выделяется большое количества тепла, которое создает сильные вертикальные токи. Эти вертикальные потоки значительно влияют на распределение малых газовых примесей через их прямой и быстрый перенос в свободную тропосферу, а иногда и в стратосферу. Разные модели оценивают влияние горения биомассы по моделированию угарного газа и аэрозоля в свободной тропосфере. Однако большинство исследователей полагают высоту выбросов постоянной величиной в их области моделирования. Например, Wang et al. обозначил высоту выбросов равной 1.2 км при мезомасштабном моделировании переноса дыма в Центральной Америке. Точно так же и Matichuk et al. использовал постоянную величину выбросов от пожаров, исследуя влияние высоты выбросов на оптическую плотность аэрозоля в проекте Southern African Regional Science Initiative (SAFARI 2000). Предыдущие исследования предлагают различные значения высоты выбросов от лесных пожаров, начиная от 1,2 км для областей Центральной Америки до 8 км для интенсивных Канадских пожаров. В действительности же высота выбросов зависит от условий окружающей среды (от устойчивости атмосферы, количества водяного пара и скорости ветра), потока тепла и самого размера пожара. Вывод: использование какой-либо постоянной величины в качестве высоты выбросов в глобальных моделях не является верньм. Следовательно, необходимы методы для более аккуратного и точного определения высоты выбросов.

Во второй главе представлена постановка задачи.

Задача: разработать метод расчета высоты подъема дымовой струи от лесного пожара с учетом основных физических процессов на основе спутниковой информации, используя доступные интегральные характеристики, с последующим применением для расчета характерного вертикального профиля аэрозолей.

Существует конкретная необходимость в улучшении определения количества выбросов от пожаров ретроспективно. Кроме того, есть также необходимость установления высококачественной системы наблюдения за пожарами в реальном времени, с целью включения пожарных выбросов в оперативные системы прогнозирования.

До использования в глобальных системах моделирования, спутниковые данные о пожарах предварительно должны быть гомогенезированны, проверены на наличие ошибок, и преобразованы в оценки выбросов. Поэтому требуются

дополнительные спутниковые данные о земной поверхности (вегетационный покров, влажность почвы, температура и так далее). Эти процедуры возможно выполнить в процессе ассимиляции данных, когда данные наблюдений объединяются с инструментами моделирования, что часто применяется в численном прогнозировании погоды. В настоящее время созданы такие системы ассимиляции пожарных данные (САПД), как например GFAS (Global Fire Assimilation System) и FAS (Fire Assimilation System).

Определение правильной высоты выбросов является основым источником ошибок в любой САПД. Так, например, оптическая плотность аэрозоля, которая имеется в спутниковых данных, вертикально интегрирована. Но вертикального распределения аэрозоля в спутниковых данных нет. Значит, он должен быть определен с использованием метеорологических данных и высоты выбросов.

В третьей главе рассматривается качество имеющейся информации как спутниковой, так и метеорологической, необходимой для проведения данной работы; приводится описание спутниковых данных, использованных в исследовании; описание качества оценок данных инструментов MISR и MODIS. Также приводится описание комплектов метеорологических данных, для расчетов по новому методу и существующим методикам, и методы получения этих комплектов. Представлено описание метеорологических характеристик, применяемых в полуэмпирической формуле для расчета высоты выбросов от лесных пожаров, с последующим выводом данной формулы. Приведены статистические модели задачи идентификации и оптимальные методы определения параметров для новой методики расчета, а также представлены оптимальные значения данных параметров по различным статистическим моделям шума. Рассмотрено качество идентификации параметров - приведены графики и диаграммы, построенные по результатам вычислений с использованием новой методики.

Для настоящего исследования были использованы данные с инструмента MISR и MODIS по лесным пожарам 2007 и 2008 годов, имеющих место на территории Соединенных Штатов Америки, Сибири и Канады. Инструменты MISR и MODIS позволяют получать ряд параметров, с помощью которых возможно изучение струй дыма от лесных пожаров. Эти данные находятся в свободном доступе и обрабатываются в рамках проекта по развитию климатологии с точки зрения высоты выброса аэрозоля и для поддержки исследований в области лесных пожаров, изменения климата и качества воздуха.

Погрешность измерения высоты струи дыма от пожара со спутника может составлять плюс-минус 500 метров. Если струя дыма оцифровывалась с неверным направлением ветра или же дым подвержен турбулентности, которая приводит к быстрому изменению ветра, тогда чем больше погрешность в скорости и направлении ветра, там данные по высотам менее точны, Соответственно все

расчетные высоты, которые попали в амплитуду данной погрешности, считаются «точными» результатами вычислений.

Для данного исследования был необходим ряд метеорологических величин. Эти величины были условно поделены на три комплекта данных:

I. комплект данных для расчета высоты выбросов от лесных пожаров по новой методике;

II. комплект дополнительных данных, которые необходимы для расчета высоты выбросов по существующим методикам;

III. комплект данных с характеристиками пожара

Для первого комплекта необходимы: высота пограничного слоя и частота Брента-Вяйсяла. Для второго: приземные значения температуры, давления и скорости ветра, динамическая и вертикальная скорости, классы устойчивости атмосферы по Пасквиллу. Для третьего - температуры и радиус пожара.

Данные для первого и второго комплекта были посчитаны на модели SILAM по данным ECMWF (EuropeanCentreforMediumRangeWeatherForecasts).

В данном исследовании были рассмотрены пожары, имевшие место на территории Северной Америки с 3 марта по 25 ноября 2007 года, с 5 июня по 27 июля 2008 года на территории Канады и с 2 марта по 30 июля 2008 года на территории Сибири. Счет модели осуществлялся с шагом в 1 градус и начинался с первого дня каждого периода. Данные на выходе выводились через каждые три часа: 00, 03, 06, 12, 15, 18, 21, так как пролет спутника над территорией Северной Америки осуществляется в дневные часы, а над территорией Сибири в ночные часы UTC.

Пограничный слой атмосферы учитывает ряд метеорологических параметров, например, устойчивость атмосферы у земной поверхности, температуру воздуха и скорость ветра, которые важны как фоновые характеристики при подъеме выбросов от лесного пожара.

Высота выбросов естественно зависит от характеристик самого пожара, получение которых с достаточной точностью практически невозможно. FRP -максимально доступная и физически обоснованная характеристика пожара, которая, скорее всего уже включает в себя все необходимые данные о пожаре. Исследования, проведенные Сухининым, показали, что FRP прямо пропорциональна количеству сгоревшего топлива за секунду. Также ряд исследований проведенных в этой области подтверждает, что лишь дым от мощных лесных пожаров, с большим значением FRP может достичь верхних слоев тропосферы.

Логично предположить, что выбросы, поднимающиеся значительно выше пограничного слоя атмосферы зависят от стратификации атмосферы на высоте выше пограничного слоя. Исследования в области пиро-конвекции показали, что такие высокие выбросы возможны лишь в случае благоприятных метеорологических условий, например, при прохождении фронта,

характеризующегося крайне неустойчивой атмосферой и наличием конвективных токов.

Оценка подъема дымовой струи от лесного пожара может быть получена из предположения, что тепловая энергия пожара затрачивается на преодоление сил плавучести и трения. Данный подход игнорирует импульс поднимающегося факела, что резонно для большинства пожаров (вертикальные скорости в данном случае сравнительно невысоки). Исходя из выше обозначенного предположения, конец подъема дымовой струи наступает, когда энергия от пожара полностью растрачивается. Этот подход похож на тот, что используется при вычислении САРЕ(СопуесиуеАуаПаЫеРо1епйа1Епегду) и полностью отличается от подхода для дымовых труб. САРЕ часто используют для описания глубокой конвекции.

Для качественного анализа зависимостей, рассмотрим только два процесса: преодоление стратификации атмосферы и расширение дыма вследствие вовлечения окружающего воздуха.

Пусть энергия, выпущенная пожаром в воздух объемом V у поверхности, есть Ео. Тогда плотность избытка энергии в сравнении с невозмущенным окружающим воздухом е0 будет:

е _ Ео _ Ео _ Р/

0 V Б^т ^ зл

где м> - начальная вертикальная скорость дыма, г- период времени, в течение которого объем воздуха взаимодействует с пламенем, площадь пожара, и Рг энергия пожара, выделившаяся в воздух в форме явного и скрытого тепла.

Изменение избытка энергии е(г) во время подъема может быть записано в следующем виде:

с!е__ йв Е() с!У

(Ь ~ СрР <к V2 йг 3-2

Первый член уравнения описывает работу против сил плавучести, в то время как второй отражает расширение дымовой струи. Предполагая постоянной горизонтальную диффузивность Кипг, получаем линейный рост 5" с высотой [52]:

сррвМ2 ЬлК„ог/м> р ах я 2Кш!у^ 1 3.3

Уравнение (3.3) должно быть проинтегрировано со следующим граничным условием е(0)=е0. Конечный подъем дымовой струи Нр определяется при е(Нр)=0.

Если все параметры уравнения (3.3) предположить постоянными, то замена переменной г->¿¡=8/8/ (нормированная площадь поперечного сечения дымовой струи) с последующим интегрированием даст нам квадратное уравнение для

3.5

3.4

Решением уравнения (3.4) будет:

3.6

Уравнение (3.9) могут быть обращено в общую формулу для расчета высоты выбросов от лесного пожара Нр=/(Р^,—) с несколькими неизвестными константами, которые возможно определить эмпирически.

Во-первых, перменная А берется в качестве нормализующей константы. Она включает в себя все параметры, информация о которых не может быть доступной в реальном времени. Значение данной константы можно грубо оценить,

принимая 5р-1<?м2, \v~1mc1, Кког~1м2с'. Тогда А~4 -109Дж с. Эта нормализицая

формально может быть записана как отношение стандартной мощности огня и чатоты Брента-Вяйсяла N0.

Во-вторых, энергия Pj, затрачивающаяся на нагрев воздуха, и FRP, полученная из спутниковых наблюдений и линейно связанная с сожженной биомассой, следовательно, линейно связаны друг с другом. Таким образом, возможна замена Pj~>FRP.

В-третьих, для стандартных метеорологических величин и параметров

AN2 / Pf

пожара ■> меняется от 1 до 100. Отсюда, в большинстве случаев высота

выбросов пропорциональна FRP в степени 0.5. Это верхний предел, так как дополнительные потери на трение и изменение атмосферных и пожарных параметров (например, постепенное замедление подъема и нелинейное расширение дымовой струи с высотой) приведут к меньшей степени у< 0.5.

В-четвертых, частота Брента-Вяйсяла - внешний параметр относительно пожара и значительно меняется с высотой. Следовательно, единая переменная P/N2 в уравнении (3.6) не может оставаться постоянной. Так же, I/N2 может вызвать

проблемы, когда стратификация не является явно устойчивой и N ~ 0 поэтому следует рассматривать эти переменные отдельно. Во избежание проблем с N2<>0

А = Pfo=l06W, jV02=2.5-l(TV

-2

3.7

внутри пограничного слоя (ABL), возьмем значение Брента-Вяйсяла в свободной N = NJz~2Hahl)

тропосфере 1 , но позволим преодолевать часть пограничного

слой «свободно», добавив эту часть от высоты пограничного слоя Наы к Нр. Вместо

N2jN2 . , ехр(- N2/Nq)

v' будем использовать экспоненциальную функцию ' " ,

которая для небольших значений N2 ограничит рост Нр замещением 1/N2 на

1/(1 + n4nD _ „ М2 -

v ' 0', и в тоже время для больших значении N, она быстро достигает нуля, что характерно в случае очень устойчивой стратификации.

Таким образом, конечный вид формулы сводится к следующему виду:

H=aHab!+ß

г v FRP

Pf0 у

exp {-SN^/Nl)

3.8

где а составляет ту часть пограничного слоя, которая преодолевается свободно, масштабирование относительно А в уравнении (3.7), у вводится для оценки степенной зависимости от РЯР, 8 определяет зависимость от атмосферной стратификации в свободной тропосфере. Их примерный диапазон будет:

а< 1; /?>0т; ^<0.5; ¿>0 Идентификация констант, используемых в уравнении (3.8), основывалась на рабочем комплекте данных, который был взят из спутниковых наблюдений МКК (всего 1913 пожарных случаев).

Для идентификации параметров применялся наиболее оптимальный метод (метод, который дает наиболее узкий точечный график и наиболее высокий коэффициент корреляции) - ранговый метод. Этот метод так же удобен в случае очень слабых предположениях об исходных данных:

пожаров / \

К*) =

"О, X < 0 39

1, х>0 Оптимальныеравны следующим значениям:

а = 0.24; >0 = 169; у = 0.35; ¿ = 254 3.10

Результаты вычислений по форуле (3.8) с оптимальными параметрами (3.10) представлены на рис. 1.

О 1000 2000 3000 4000

Высоты, полученные из спутниковых данных, м

4000 3000 2000

I 1000

1 1

К* II ¡НВМШМ1

Р % ^ |

0 1000 2000 3000 4000

Высоты, полученные со спутниковых данных, м

а) б)

Рис. 1 Соотношение между прогнозируемой высотой выбросов (ось ординат) и с высотой, полученной из спутниковых данных (ось абсцисс), для а) расчетного комплекта данных; б) контрольного комплекта данных

В четвертой главе проводится сравнение результатов вычислений высот выбросов, выполненных предложенным методом с высотами выбросов, расчитанных по существующим методикам.

При проведении сравнения результатов расчетов высоты выбросов от лесных пожаров по существующим методиках с разработанной методикой, положительные тенденции говорят в пользу последней. Сравнение было проведено, как по ряду статистических параметров (Таблица 1), так и при помощи графиков для большей наглядности (рис.1). Физияческие процессы в случае с лесными пожарами и газовыми трубами существенно отличаются, в связи, с чем существующие методики были адаптированы, насколько это возможно к ситуациям с лесными пожарами.

Таблица 1. Суммарные статистические данные по всем рассмотренным методикам расчета_

69 84 ОНД-86 ВиОУАМТ Предлож. Метод

Реоос1-500, % 36 30 19 51 65

р1ст-500> % 49 55 70 17 17

РыгЬ-500> % 7 7 9 14 18

Неудавшиеся расчеты, % 8 8 2 18 -

Коэффициент корреляции 0.15 0.03 0.11 0.44 0.45

Диапазон представления 1.7 5.3 3.34 0.54 0.48

ЯМБЕ, [т! 1337 3759 2542 604 646

Обозначения:

РЕоос1-5(ю: процент спрогнозированных высот выбросов, которые отклоняются от высот, полученных из спутниковых данных менее, чем на 500 метров 1

процент спрогнозированных высот выбросов, которые ниже высот, полученных из спутниковых данных более, чем на 500 метров

Рыйь-5оо: процент спрогнозированных высот выбросов, которые выше высот, полученных из спутниковых данных более, чем на 500 метров

Неудавшиеся рассчеты: процент случаев, когда проведение расчетов невозможно.

Коэффициент корреляции: коэффициент корреляции Пирсона Диапазон представления: отношение стандартных отклонений -спрогнозированных высот к наблюденным высотам: ашц / <у„Ьх.

ЯМБЕ: среднеквадратическая ошибка спрогнозированных высот.

0 1000 2000 3000 4000

а)

4000

3000

2000

1000

V, ¡>_

7 ш ШЁЛ НО«** Wlv k** tt ♦♦ ♦

■ . - г* * ♦ ♦» ♦ ♦ 1 •

1000

2000

3000

4000

3000

2000

1000

♦

* i V

rf r4

J /V #

p^T*

10<Ю 2000 3000 4000

Д)

Рис. 2 Соотношение между прогнозируемой высотой выбросов (ось ординат) и высотой, полученной из спутниковых данных (ось абсцисс), для всех пожарных случаев, рассчитанных по а) Бр69; б) Бр84 в) ОНД-86 г) BUOYANT д) разработанной методике

Столь низкие показатели прогнозируемости у существующих методик обоснованы несколькими очевидными факторами. Большинство представленных методик разрабатывалось не для ситуаций с лесными пожарами, а для расчета высоты выбросов из заводских и фабричных труб в атмосферу. На рис. 1 г) хорошо видна тенденция модели BUOYANT к недооценке, она не позволяет ни одному выбросу достичь 2500 метров. Возможно, причина этого кроется в отсутствии в данной модели блока отвечающего за расчет фазовых переходов водяного пара, как следствие отсутствие вклада теплоты скрытого парообразования. В тоже время добавление данного блока может привести к переоценке определенного числа случаев, вплоть до достижения ими свободной тропосферы. Следует отметить, что предложенная методика не нуждается в данном дополнении, так как влияние как явного так и скрытого тепла обозначено в параметрах формулы.

В пятой главе представлен расчет характерного вертикального профиля выбросов по земному шару за 2001 и 2008 годы. Целью исследования является получение оценки среднемесячного глобального распределения «е» выбросов от лесных пожаров по вертикали.

Расчет проводился для пожаров {f¡, i=l..Nf}, данные об интенсивности которых доступны из спутниковых наблюдений во время пролета спутника над горящей территорией/^, j=l..NJ.Из этихданныхдоступнаРЯР - Р/т)для каждого пожара/и время пролета над ним г. Комплект соответствующих месту и времени метеорологических характеристик: высота пограничного слоя HABL(x,y,t), и частота Брента-ВяйсялаЛ^^г,^, извлекается из метеорологической модели:

e(i,j,k,m), í = l.J, j = l..J, m = 1.. 12, J^e(i,j,k,m) = 1 (5.1)

k=1

где/, J, К -х-, y-, z- направления,/^порядковый номер месяца.

Предполагая линейную зависимость интенсивности пожара и общим объемом выбросов, можно записать плотность распределения продутов горенияво время активного горения следующим образом:

г 8Е

Ef{z) = ]Pf(t) se(xf,yf,Pf) —СHp,z)dt (5.2)

гдеяе(х/, у/, Pj)- масштабирующий коэффициент выбросов, применяемый

для конкретного очага горения с определенной скоростью выбросовР/, -плотность вертикального распределенияудельной интенсивности выбросов и//рмаксимальная высота выбросов.

Расчитав выбросы от конретного единиченого пожара(5.2), необходимое распределение в каждой ячейке сетки (i,j)может быть определено через

суммирование всех пожаров, которые имеют место внутри каждой ячейки в течении месяца:

e(i, j, z, т) = --(5 3)

¡^Ef(z)dz

о /

Для определения конечной плотности внутри вертикального слоя к,который задается от zk.1/2aozk+1/2, получаем:

2*+1/2

e(i,j,k,m)= J e(i,J,z,m)dz (5.4)

z*-l/2

Следовательно, решение данной задачи сводится к определению трех переменных в уравнении (5.2).

Далее рассматривается простейший случай, когда распределение определяется для суммарного пожарного выброса. Энергия излучения пожараР/шнейно связана с сожженой биомассой и, следовательно, линейно связана с суумарным выбросом газовых примесей и аэрозолей. Из чего следует, что фактор эмиссишепостоянен и сократится при нормализации(5.3).

Единственный параметр вертикального распределения дымовых выбросов, который возможно оценить относительно непосредственно - это высота подъема дымовой струи Нр. В качестве грубой оценки, мы предположим, что 80% дымовой массы равномерно распределяется в слое от 0.5НрДоНр. Оставшиеся 20% располагаются в слое от 0 до0.5НР.

Оценка суточного хода интенсивности пожара Pf с использованием редких наблюдений с низкоорбитальных спутников, таких как М0018,становитсятруднойзадачей. С другой стороны, суточный ход интенсивности пожара и, как следствие, его скорость и высотавыбросов, могут изменяться на порядок величины, что необходимо учитавыть.

Из анализа геостационарных спутниковых наблюдений за FRP (например, MGSSEVIRI), можно определить суточный ход радиационной мощности пожара для каждого пикселя Ррш с учетом интенсивности пожаров и времени наблюдения/?^, h=1..24. Пиксель данных инструментов достаточно велик (в зависисмоти от угла наблюдения, площадь пикселя может превышать

100км2) и

обычно дает информацию о большом количестве пожаров, так что интенсивность отдельных пожаров и их общее количество определяется одной переменной:

Рpixel = ^fi i=1

где/у,'.мощность i-того пожара, находящегося в области пикселя.

Взаимное влияние этих двух параметров на общий суточный ход мощности всех пожаров внутри конкретного пикселя может быть оценено используя информацию со спутника TRMM.Количество пожаров меняется в 2-10 раз в зависимости от времени суток, характера подстилающей поверхности и вегетации.

Предположим, что такой же суточный ход применим и для низкоорбитальных спутников со значительно меньшими размерами пикселей (1-5 I км2), следовательно, возможно наложить этот ход на FRP наблюдения высокого ' разрешения..

Результаты вычислений распределения выбросов по высотам для западного и восточного полушариев для 2001 и 2008 годов представлены на Рис. 3.

сод/га 20И-10-1&-«!» аяв: оял/го 2О1Ы0-1Мии»

в) г)

Рис. 3 Безразмерный профиль распределения массы выбросов от лесных пожаров по высотам для а) западного б) восточного полушариев 2001 год в) западного г) восточного полушариев 2008 год

Подавляющий процент выбросов по массе остается внутри пограничного слоя атмосферы, что также подтверждается спутниковыми данными.

Распределние максимальных высот выбросов отличается для западного и восточного полушария. Максимально возможные высоты для умеренных широт в восточном полушарии до двух километров выше, что более наглядно представлено на рис. 4

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4500 5000 5500 6000 6500 7000 I 5гЛ>5: С01Л/1<5Е5 2011-10-15-02:23

б)

Рис. 4 Распределение 99 персентиля максимально возможных высот выбросов а) 2001 б) 2008 год

Количество пожаров в 2008 году существенно больше по сравнению с 2001 годом, максимальная высота выбросов значительно выше на всех материках в 2008 году, что связано с разными погодными условиями в эти года.

Заключение

Разработан новый метод оценки высоты выброса от лесного пожара, основанный на спутниковых характеристиках пожара и модельных оценках метеорологической ситуации. Эффективность данного метода позволяет применять его для оперативного мониторинга. К преимуществам разработанного метода можно отнести простоту и высокую скорость расчетов, а также возможность использования его как блока в системе ассимиляции пожарных данных, с последующим определением характерных вертикальных профилей аэрозоля.

Показана взаимосвязь нового метода с существующими подходами. Сравнение было проведено, как по ряду статистических параметров, так и при помощи графиков для большей наглядности. Физические процессы в случае с лесными пожарами и индустриальными источниками существенно отличаются, в связи, с чем существующие методики были адаптированы, насколько это возможно к ситуациям с лесными пожарами.

Продемонстрирована более высокая оправдываемость расчетов высоты подъема дымовой струи новым методом в сравнении с другими подходами.

Продемонстрирована доминирующая роль интегральных параметров атмосферы и пожара, таких как высота пограничного слоя атмосферы, и мощность пожара, в определении высоты подъема дымовой струи.

Впервые получены оценки характерного профиля распределения выбросов от пожаров в глобальном масштабе.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Sofiev, М., R. Vankevich, М. Lotjonen, М. Prank, V. Petukhov, Т. Ermakova, J. Koskinen, and J. Kukkonen (2009), An operational system for the assimilation of the satellite information on wild-land fires for the needs of air quality modelling and forecasting, Atmospheric Chemistry and Physics, 9(18), 6833-6847.

2. Ванкевич P.E., Ермакова T.C., Софиев M. А., Сравнение результатов вычисления высоты подъема струи дыма от лесных пожаров по полуэмпирическим формулам и одномерной модели BUOYANT, Ученые записки, 19, С.

3. Sofiev, М., Ermakova, Т., Vankevich, R. Evaluation of injection height of smoke from wild-land fires using remote sensing data, Atmospheric Chemistry and Physicsacp-2011-777.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Ермакова, Татьяна Сергеевна

Введение

Список обозначений

1 Современные исследования вертикального распределения 12 выбросов в атмосферу от лесных пожаров и подъема дымовой струи

1.1 Мониторинг пожаров из космоса

1.2 Определение высоты выбросов в современных моделях

2 Постановка задачи, декомпозиция

3 Разработка нового полуэмпирического метода оценки подъема 24 дымовой струи от лесных пожаров

3.1 Методология

3.1.1 Комплект глобальных спутниковых наблюдений

3.1.2 Создание комплекта модельных оценок метеорологических 28 характеристик в районе пожара

3.2 Полуэмпирическая формула для расчета высоты подъема 31 дымовой струи

3.2.1 Высота пограничного слоя и радиационная мощность пожара - 31 определяющие характеристики в определении высоты выбросов

3.2.2 Частота Бранта-Вайсала, как характеристика устойчивости 32 атмосферы выше пограничного слоя.

3.3 Общий вид зависимости. Физическое обоснование пределов для 32 определения коэффициентов

3.4 Идентификация параметров для расчета подъема примесей от 36 лесных пожаров

3.4.1 Статистические модели задачи идентификации и оптимальные методы

3.4.2 Оптимальные значения коэффициентов по различным 40 статистическим моделям шума

3.4.3 Качество идентификации параметров

3.4.4 Идентификация параметров для пожарных случаев с высотами 44 выбросов выше пограничного слоя. Качество идентификации.

3.5 Выводы к третьей главе

4 Сравнение новой методики с существующими подходами

4.1 Выбор методик для сравнения

4.1.1 Формулы Бриггс-1969, Бриггс-1984, ОНД

4.1.2 Модель BUOYANT

4.2 Методика сравнительного анализа

4.3 Результаты сравнения

4.4 Выводы к четвертой главе

5 Оценка характерного вертикального распределения выбросов от 68 лесных пожаров в глобальном масштабе

5.1 Постоновка задачи. Методология

5.2 Входные данные

5.3 Оценки характеристик вертикального распределения выбросов 72 от лесных пожаров

5.4 Выводы к пятой главе 76 Заключение 77 Список использованных источников

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценки характеристик вертикального распределения выбросов от лесных пожаров на основе спутниковой информации"

Актуальность работы

Пожары, применяемые для расчистки территории в сельском хозяйстве, а также лесные пожары, вызванные поджогами и молнией, играют важную роль в экосистеме Земли. Лесные пожары являются не только бедствием для населения, но и важным фактором локальной, региональной и даже глобальной экодинамики, что проявляется, например, в обусловленных пожарами выбросах в атмосферу парниковых газов и аэрозоля. Согласно имеющимся оценкам, около 30 % тропосферного озона, окиси углерода и углекислого газа, содержащихся в атмосфере, обусловлено вкладом лесных пожаров. Лесные пожары влияют на цикл углерода и могут быть фактором, ограничивающим ассимиляцию углерода в биосфере. С другой стороны, пожары стимулируют расширение биоразнообразия в экосистемах. В связи с тем, что пожары являются источниками аэрозолей и загрязнителями воздуха, они также влияют на региональное качество воздуха, погоду и климат.

Высота подъема выбросов от пожаров является определяющим фактором продолжительности атмосферного цикла, трансформации и влияния на перемещение загрязняющих воздух веществ. Попадание выбросов от лесных пожаров в стратосферу означает их долгое присутствие в воздухе и как следствие существенное влияние на изменение климата; при попадании в верхние слои тропосферы происходят изменения в химическом составе атмосферы; локально выбросы от пожаров отрицательно влияют на качество воздуха.

Тепловые и дымовые выбросы обширных лесных пожаров меняют динамику атмосферы, процессы циркуляции воздушных масс и, тем самым, погодные условия в отдельных регионах. Интенсивная и длительная задымленность от лесных пожаров создают серьезные угрозы для здоровья населения.

При лесных пожарах наиболее токсичными являются оксид и диоксид углерода, углеводороды, аммиак, частицы дыма. Годовое выделение аммиака при лесных пожарах составляет от 0.5 до 12 млн. т, окиси углерода — 80 млн. т, твердых аэрозолей - от 35 до 60 млн. т [1].

Существующие системы мониторинга пожаров и оперативного прогнозирования часто содержат крайне грубые оценки высоты подъема дымовой струи [2]. Абсолютная ошибка вычисления может составлять несколько километров.

Целью диссертационного исследования является решение проблемы оценки высоты выбросов от лесных пожаров в глобальном масштабе, основанной на интегральных характеристиках основных физических процессов и данных дистанционного зондирования.

Для выполнения поставленной цели в диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачи:

• создание комплекта модельных оценок метеорологических характеристик в районе пожара;

• разработка нового полуэмпирического метода оценки высоты подъема дымовой струи от лесных пожаров;

• идентификация параметров нового метода расчета высоты подъема примесей от лесных пожаров;

• оценка эффективности нового метода в сравнении с существующими методологиями оценки высоты подъема дымовой струи от высокотемпературных источников в приложении к лесным пожарам;

• долгопериодное моделирование вертикального распределения выбросов от лесных пожаров в глобальном масштабе.

Методы исследования

Для решения задач исследования' использовались методы статистического анализа спутниковых и модельных данных, идентификации нелинейных математических моделей, математического моделирования подъема перегретой дымовой струи, теория подобия пограничного слоя атмосферы. Создана система автоматизированной обработки данных спутникового мониторинга пожаров в глобальном масштабе. Использовались одномерная модель по подъему перегретой струи дыма от пожара BUOYANT [3], и метеорологический препроцессор модели^ переноса SILAM (System for Integrated modeLling of Atmospheric coMposition) [4].

Проведено математическое моделирование для получения оценки характерного вертикального распределения выбросов от лесных пожаров в глобальном масштабе.

Положения и результаты, выносимые на защиту

• метод расчета высоты подъема дымовой струи от лесного пожара, использующий данные спутникового мониторинга и расчеты численных моделей прогноза погоды;

• результаты анализа качества нового метода расчета высоты подъема выбросов от лесных пожаров и его сравнения с существующими подходами;

• глобальная база данных по характерному распределению выбросов от лесных пожаров, построенная на результатах долгосрочного моделирования подъема дымовой струи.

Научная новизна

• Разработан новый метод оценки высоты выброса от лесного пожара, пригодный для оперативного мониторинга и основанный на спутниковых характеристиках пожара и модельных оценках метеорологической ситуации.

• Показана взаимосвязь нового метода с существующими подходами.

• Продемонстрирована более высокая оправдываемость расчетов высоты подъема дымовой струи новым методом в сравнении с другими подходами.

• Продемонстрирована доминирующая роль интегральных параметров атмосферы и пожара, таких как высота пограничного слоя атмосферы, и мощность пожара, в определении высоты подъема дымовой струи.

• Впервые получены оценки характерного профиля распределения выбросов от пожаров в глобальном масштабе.

Обоснованность и достоверность результатов

Сравнение с контрольным комплектом данных, сравнение с другими методами, согласованность с оценками, полученными в независимых исследованиях, подтверждают обоснованность и достоверность результатов работы.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость заключается в том, что впервые продемонстрировано различие вклада наиболее важных физических процессов в подъем выбросов от лесных пожаров по сравнению с подъемом выбросов от индустриальных источников. Отмечена также взаимосвязь механизмов глубокой конвекции и подъема дыма от пожара. Разработана новая методология, ориентированная на расчет подъема струи от лесных пожаров, учитывающая эту специфику.

Внедрение новой методологии расчета подъема дымовой струи в System for Integrated modeling of Atmospheric coMposition (SILAM) позволит проводить оперативный расчет высот выбросов от лесных пожаров в реальном времени. И как следствие, становится возможным прогнозирование влияния выбросов от лесных пожаров на обще-экологическую обстановку.

Аппробация работы и публикации

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:

• на рабочих семинарах в Финском метеорологическом университете (январь,2010; сентябрь, 2010; апрель, 2011).

• Annual symposium EU FP-7 МАСС (Monitoring of atmospheric composition and climate), Utreght (май, 2011)

• Joint-Workshop Global Emission Inventory Activity (GEIA) and EU FP-7 PEGASOS project (июнь, 2011)

По теме диссертации опубликовано 3 работы: одна в отвечествнном и две в зарубежном журнале. Объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти основных глав и заключения. Объем работы 90 страниц, в том числе 10 рисунков и 2 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 100 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Ермакова, Татьяна Сергеевна

4.4 Выводы к главе 4

При проведении сравнения результатов расчетов высоты выбросов от лесных пожаров по существующим методиках с разработанной методикой, положительные тенденции говорят в пользу последней. Сравнение было проведено, как по ряду статистических параметров, так и при помощи графиков для большей наглядности. Физические процессы в случае с лесными пожарами и газовыми трубами существенно отличаются, в связи, с чем существующие методики были адаптированы, насколько это возможно к ситуациям с лесными пожарами.

Показатели прогнозируемости выбросов на одномерной модели BUOYANT не столь плохи. Однако необходимость использования ряда метеорологических характеристик и характеристик источника, которые не возможно получить напрямую, дает большой процент случаев, когда определение высоты выбросов невозможно. По этой же причине данную модель невозможно использовать в оперативных целях.

Продемонстирована сезонная изменчивость интенсивности и высоты выбросов. Минимальное количество пожаров в северном полушарии наблюдается зимой, в южном — осенью. Во все времена года во всех полушариях возможны выбросы, достигающие 4 км.

Заключение

Разработан новый метод оценки высоты выброса от лесного пожара, основанный на спутниковых характеристиках пожара и модельных оценках метеорологической ситуации во время горения. Эффективность данного метода позволяет применять его для оперативного мониторинга. К преимуществам разработанного метода можно отнести простоту рассматриваемой физической модели и высокую точность расчетов, а также возможность использования его как блока в системе ассимиляции пожарных данных, с последующим определением характерных вертикальных профилей аэрозоля.

Показана взаимосвязь нового метода с существующими подходами. Наиболее близкой физической моделью является описание GAPE - систем глубокой конвекции. Физические процессы в случае с лесными пожарами и индустриальными источниками существенно отличаются, что- определнным образом ограничивает возможности применения? соответствующих методов к лесным пожарам. Тем не менее; формально эти мотоды могут быть записаны! в переменных описывающих пожары. Это показано в-работе для нескольких наиболее часто используемых методов - Г. Бриггса и ОНД-86.

Продемонстрирована более высокая оправдываемость расчетов высоты подъема дымовой струи новым методом в сравнении с другими подходами. Продемонстрирована доминирующая роль интегральных параметров атмосферы и пожара, таких как высота пограничного слоя атмосферы и мощность пожара, в определении высоты подъема дымовой струи.

Впервые получены оценки характерного профиля распределения выбросов от пожаров в глобальном масштабе. Построены карты распределения максимально возможных высот выбросов по всему земному шару, а также вертикальный профиль респределения массы выбросов для 2001 и 2008 годов. Продемонстирована сезонная изменчивость интенсивности лесных пожаров и высоты выбросов от них.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Ермакова, Татьяна Сергеевна, Санкт-Петербург

1. Зайченко О.В. Разработка методов оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий Текст.: автореферат дис. канд. техн. наук / О.В: Зайченко.-Владивосток, 2005—19 с.

2. Nikmo J. A hybrid plume model for local-scale atmospheric dispersion Text. / Nikmo, J., J.-P. Tuovinen, J. Kukkonen, and I. Valkama // Atmospheric Environment.-l999:-№ 33.-P.4389 4399.

3. Sofiev M. A dispersion modelling system SILAM and,its evaluation against ETEX data Text. / M. Sofiev, P. Siljamo, I: Valkama, M. Ilvonen, J. Kukkonen, // Atmospheric Environment-2006.-№ 40-P.674 685.

4. Kaiser, J-W. Global Assimilation of Wildfire Emissions for GEMS Text. / J.W. Kaiser, M.G. Schultz, M: Sofiev, J. Flemming, S. Serrar, O. Boucher, A. Hollingsworth // ECMWF—2005.

5. Spichtinger N. Satellite detection of a continental-scale plume of nitrogen oxides from boreal forest-fires Text. / N. Spichtinger, M. Wenig, P. James, T. Wagner, U. Piatt, and A. Stohl // Geophysical Research Letters-2001-№ 28-P. 4579-4582.

6. Stohl A. An intercomparison of results from three trajectory models Text. / A. Stohl, L. Haimberger, M. Scheele and H. Wernli // Journal of Applied Meteorology.-2001.-№ 8.-P. 127-135.

7. Andreae M.O. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning Text. / M.O. Andreae and P. Merlet // Global Biogeochemical Cycles-2001.-№ 15.-P. 955-995.

8. Forster P. Phylogenetic star contraction applied to Asian and Papuan mtDNA evolution Text. / P. Forster, A. Torroni, C. Renfrew and A. Röhl // Molecular Biology and Evolution.-2001.-№ 18.-P. 1864-1881.

9. Stock В.J. Biomass consumption and behavior of wildland fires in boreal, temperature, and tropical ecosystems Text. / B.J. Stocks, J.B. Kaufman // Records of Biomass Burning and Global Change. 1998. № 51. P. 169 188

10. Климова Е.Г. Численные эксперименты по оценке эмиссии метана на основе системы усвоения данных о пассивной примеси в атмосфере Северного полушария Текст. / Е.Г. Климова, Н.В. Киланова // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 11. С. 961 964.

11. Boschetti L. Lessons to be learned from the comparison of three satellite-derived biomass burning products Text. / L. Boschetti, H.D. Eva, P.A. Brivio and J.M. Gregoir // Geophysical Research Letters.-2004.-L21501.

12. Ванкевич P.E. Сравнение результатов вычисления высоты подъема струи дыма от лесных пожаров по полуэмпирическим формулам и одномерной модели BUOYANT Текст. / P.E. Ванкевич, Т.С. Ермакова, М. А. Софиев // Ученые записки. 2011. —№ 19. С. 61 — 70.

13. Qu J. J. Active Fire Monitoring and Fire Danger Potential Detecting from Space: A Review Text. / J. J. Qu, W. Wang, S. Dasgupta, and X. Hao // Frontiers in Earth Sciences-2006.—№ 2.-P. 479 486.

14. Flemming J. Emissions for GEMS (Biomass burning) Text. / J. Flemming // HALO discussion paper—2005.

15. Freitas, S. R. Impact of including the plume rise of vegetation fires in numerical simulations of associated atmospheric pollutants Text. / S.R. Freitas, K.M. Longo and M.O. Andreae // Geophysical Research Letters.-2006.-№ 33-L17808.

16. Liousse C.A global threedimensional model study of carbonaceous aerosols Text. / C. Liousse, J.E. Penner, C. Chuang, J J. Walton, H. Eddleman, and H. Cachier // Journal of Geophysical Research.-1996.-№ 101-P. 1941119432.

17. Lavoue D. Modeling of carbonaceous particles emitted by boreal and temperate wildfires at northern latitudes Text. / D. Lavoue, C. Liousse, H. Cachier, B.J. Stocks and J.G. Goldammer // Journal of Geophysical Research.— 2000.—№ 105.-P. 26871 -26890;

18. Leung F.-Y. T. Impacts of enhanced biomass burning in the boreal forests in 1998 on tropospheric chemistry and the sensitivity of model results to the injection height of emissions Text. / F.-Y. T. Leung, J.A. Logan, R. Park, E. Hyer,

19. Gielow and J. a Carvalho // Atmospheric Chemistry and Prysics.—2007.-№ 7—P. 3385-3398.

20. Gostintsev Y. A. Numerical modelling of convective flows above large; fires at various atmopsheric conditions Text. / Y.A. Gostintsev, N.P. Kopylov, A.M. Ryzhov and I.R. Khazanov // Fizika goreniya i vziyva.-1991.-№ 27.-P. 1017.

21. Clark T.L. A coupled atmosphere-fire model: convective feedback on fire-line dynamics conditions Text.;/T.E. Clark, M.A. Jenkins, J. Coen, D. Packham, // Journal of Applied Meteorology .-1996.-№ 35 .-P. 875- 901.

22. Haines D;A. Three types ofhorizontalvorticesvobserved^inwildland; mass and crown fires Text. / D.A. Clark Haines, M.C. Smith, // Journal of Climate and Applied Meteorology-1987.-№ 26.-P. 1624- 163 7.

23. Haines Donald A. Fire whirlwind formation over flat terrain Text. / Donald A. Haines, Gerald H. Updike// U.S. USDA Forest Service General TechicalReport—2002—№ 5 -P. 12.

24. Fromm M. Transport of forest fire smoke above the tropopause by supercell convection Text. / M. Fromm and R. Servranckx // Geophysical Research Letters.-2003.-№ 30.- 1542.

25. Folkins I. Biomass burning and deep convection in southeastern Asia: Results from ASHOE/MAESA Text. /1. Folkins, D. Baumgardner R. Chatfield,

26. Генихович E.JI. Определение коэффициента турбулентности по данным стандартных метеорологических наблюдений Текст. / E.JI. Генихович, Г.И. Осипова // Тр. ГГО. -1984.-№ 479.-Р. 62-69.

27. Groisman P.Ya. Assessing surface-atmosphere interactions using former Soviet Union standard meteorological network data. Part I: Method. Text. / P.Ya. Groisman and E.L. Genikhovich // Journal of Climate -1997.-№ Ю- P. 21542183.

28. Labonne M. Injection height of biomass burning aerosols as seen from a spaceborne lidar Text. / M. Labonne, F.-Ml Breon, and F. Chevallier // Geophys. Res. Lett. -2007.-№ 34.- GL029311.

29. Kahn R.A. Wildfire Smoke Injection Heights Two Perspectives from Space Text. / R.A. Kahn, Y. Chen, D.L. Nelson, F.-Y. Leung, Q. Li, D. J. Diner, and J.A. Logan // Geophys. Res. Lett. -2008.-№ 35.- GL032165.

30. Stull R.B. An introduction to boundary layer meteorology, Kluwer Academic Publishers Text. / R.B. Stull // Kluwer Academic Publishers —1998.

31. Sofiev M. Evaluation of injection height of smoke from wild-land fires using remote sensing data Text. / M. Sofiev, T. Ermakova, R. Vankevich // Atmospheric Chemistry and Physics -2011.-№ 11 27937-27966.

32. Seinfield J.H. From air pollution to climate change Text. / J. H. Seinfield and S. N. Pandis // Atmospheric Chemistry and Physics —2006 — 2nd ed.

33. Huber P.J. Robust statistics Text. / P J. Huber // New York: John Wiley and Sons.

34. Briggs G.A. Plume Rise Text. / G.A. Briggs // Atomic Energy Commission Critical Review Series -1969.-№ 25075 81.

35. Briggs G.A. Plume rise and buoyancy effects Text. / G.A. Briggs // Atmospheric science and power production -1984.- US Department of Energy — 855.

36. Методика расчета концентраций в. атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86

37. Martin D. Near- and intermediate-field dispersion from strongly buoyant sources Text. / D. Martin, D.M. Webber, S.J. Jones, B.Y. Underwood, G.A. Tickle, and S.A. Ramsdale // Final Report -1997.- AEAT/1388;

38. Agnes Lim Computation of atmospheric water vapour map from MODIS data,for cloud-free pixels ? Text. / Agnes Lim, Chew Wai Chang, Soo Chin Liew, and Leong Keong Kwoh // Proceedings of the 23rd Asian Conference on Remote Sensing —2002.-№ 210.

39. Lim, A. Computation of subpixel fire temperature with MODIS data Text. / A. Lim, S. C. Liew, К. H. Lim, and L. K. Kwoh // 22nd Asian Conference on Remote Sensing, Asian Association of Remote Sensing —2001.

40. Число грозовых разрядов на землю (на 1 км в год): Карта //Справочник по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации. СПб., 1997. 566 с.

41. Андреев Ю.А. Социально-психологические аспекты рекреационных посещений леса и возникновение пожаров. /Ю.А. Андреев, Г.Ф. Ларченко. //Лесные пожары и борьба с ними М.: ВНИИ ПО, 1987. С. 251-263:

42. Lobert J. M. Emissions from the combustion process in vegetation, in: Fire in the environment: The ecological, atmospheric and climatic importance of vegetation;fires pextjf/ JlMl Eobert andlJi Warnatz // John Wiley and Sons Ltd. -1993.-20536.

43. Ichoku C. Global characterization of biomass-buming patterns using satellite measurements of fire radiative energy Text. / C. Ichoku, L. Giglio, M. J. Wooster, and L. Remner // Remote Sens. Environ. -2008.-№ 112. 267-324.

44. Zhang X. Temporal and spatial variability in biomass burned areas across the USA derived from the GOES fire product Text. / X. Zhang and S. Kondragunta II Remote Sens. Environ. -2008.-№ 112.- 2886-2897.

45. Pu R. Development and analysis of a 12-year daily 1-km forest fire dataset across North America from NOAA/AVHRR Text. / R; Pu, Z. Li, P. Gong, I. Csiszar, R. Fraser, W.-M. Hao, S. Kondragunt, and F. Weng //Remote Sens. Environ. -2007.-№ 108.- 198-208.

46. Stocks B.J. Large forest fires in Canada, 1959-1997 Text. / B.J. Stocks, J.A. Mason, J.B. Todd, E.M. Bosch, B.M. Wotton, B.D. Amiro, M.D. Flannigan, K.G. Hirsch, K.A. Logan, D.L. Martell, and W.R. Skinner // J. Geophys. Res. -2003 .-№ 108.-8149.

47. Flannigan M. Climate change and forest fires Text. / M. Flannigan, B. Stocks, and B.Wotton // Sci. Tot. Env. -2000.-№ 262 221-229.

Информация о работе

Ермакова, Татьяна Сергеевна
кандидата физико-математических наук
Санкт-Петербург, 2011
ВАК 25.00.30

Диссертация

Оценки характеристик вертикального распределения выбросов от лесных пожаров на основе спутниковой информации - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы