【摘要】：森林火災(zāi)是一種全球性的災(zāi)害現(xiàn)象,各地每年都會有一定數(shù)量的森林火災(zāi)發(fā)生,這些火災(zāi)往往規(guī)模較大,有時還會形成特大型火災(zāi),控制起來非常困難�；馂�(zāi)不僅會破壞生態(tài)系統(tǒng),還會釋放含碳氣體形成大面積環(huán)境污染,更有可能對人類生命財產(chǎn)造成威脅,每年許多國家在森林火災(zāi)管理和撲救上都會投入大量精力。利用計算機仿真模擬技術(shù)進行林火預(yù)測是提前掌握火災(zāi)變化,做好危機防范的重要手段。但森林火災(zāi)燃燒機理復(fù)雜,其發(fā)生發(fā)展沒有明顯規(guī)律性,無法進行精確建模�；馂�(zāi)行為受可燃物、地形、氣象等多種環(huán)境參數(shù)的影響,參數(shù)的準確獲取存在困難,這些都會對預(yù)報可信度產(chǎn)生很大影響。本文在給定的火災(zāi)案例下,選擇FARSITE模擬器作為林火蔓延的仿真工具,以集合卡曼濾波算法作為數(shù)據(jù)同化方法,開展了動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的林火蔓延預(yù)測研究,為森林火災(zāi)的精準預(yù)報提供了新的思路,并主要做了以下兩個方面的研究工作:林火蔓延的主要氣象因子“風(fēng)”對集合卡曼濾波算法修正效果的影響研究。本文將火線位置作為待修正參量,針對初始火源位置輸入偏差導(dǎo)致的FARSITE火線預(yù)測不準確的問題,利用集合卡曼濾波算法同化真實火線觀測數(shù)據(jù)進行動態(tài)修正。并在這一過程中加入“風(fēng)”這一動態(tài)數(shù)據(jù),研究“風(fēng)”對算法的修正效果的影響。結(jié)果表明:風(fēng)的存在會加劇預(yù)測火線拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,但無論是在無風(fēng)和還是有風(fēng)情況下,算法都能降低預(yù)測偏差,對火線位置和形態(tài)進行有效修正;當(dāng)輸入誤差由火源位置這一個變?yōu)榛鹪次恢煤惋L(fēng)兩個參數(shù)都存在誤差時,算法修正能力下降,狀態(tài)變量的均方根誤差值曲線由持續(xù)下降變?yōu)椴▌訝顟B(tài),后者的火線修正結(jié)果不能很好反映系統(tǒng)的真實狀態(tài)。集合卡曼濾波算法參數(shù)對修正效果的影響研究。通過控制變量法分別研究了算法中的幾個關(guān)鍵參數(shù):集合元素個數(shù),觀測數(shù)據(jù)標(biāo)準差及同化頻率對FARSITE預(yù)測偏差的修正效果的影響。改變參數(shù)取值,從火線輸出圖,火線位置狀態(tài)變量的均方根誤差值、距離指標(biāo)這幾個方面比較同化前后結(jié)果的差異。結(jié)合多個維度的分析結(jié)果進行相關(guān)性討論,總結(jié)出算法參數(shù)在同化過程中的作用機制,得到參數(shù)取值對修正效果的影響規(guī)律。研究可為集合同化的參數(shù)分析和同化方案的設(shè)計提供借鑒。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S762.2
【圖文】：

常不發(fā)生森林火災(zāi)。這是因為此時正值雨季，森林植被處于快速生長期，蒸騰作逡逑用旺盛，體內(nèi)含有大量水分。因此在“火三角”的基礎(chǔ)上用森林燃燒環(huán)來解釋森逡逑林火災(zāi)的燃燒現(xiàn)象。逡逑森林燃燒環(huán)的五個要素為：氣候區(qū)、森林可燃物類型、火源條件、火環(huán)境、逡逑火行為。氣候區(qū)指的是綜合某地長期天氣規(guī)律得到的穩(wěn)定性的天氣狀況；森林可逡逑燃物類型，這里包括地下可燃物，地表可燃物和空中可燃物，地下可燃物是指由逡逑松散地被層到林中１米以下空間范圍內(nèi)的所有可以燃燒的物質(zhì)，地表可燃物包括逡逑苔蘚，草本植物，灌木，林木，樹葉和林內(nèi)雜物（風(fēng)倒木，風(fēng)折木和蟲害木等），逡逑空中可燃物為距地面一定高度以上的燃燒物質(zhì)，一般以１米為標(biāo)準，包括林木的逡逑樹干、樹枝和冠層，空中可燃物的易燃性和數(shù)量是決定樹冠火能否發(fā)生的關(guān)鍵，逡逑森林可燃物類型并不是某一種特定的物質(zhì)，而是一類物質(zhì)；凡是能為森林火災(zāi)的逡逑發(fā)生提供能量的外界熱源都可以稱之為火源，火源條件可以分為天然火源和人為逡逑火源兩大類；火環(huán)境指的是土壤、地形、氧氣條件、林內(nèi)局部氣候、天氣等要素：逡逑林火行為即火災(zāi)從孕育、發(fā)生、發(fā)展直至減弱到最后熄滅的整個過程中所體現(xiàn)的逡逑特性。逡逑

Ｇ．Ｄ．Ｒｉｃｈａｒｄｓ于邋１９９０年將Ｈｕｙｇｅｎｓ方法引入到ＦＡＲＳＩＴＥ模擬器中。ＦＡＲＳＩＴＥ逡逑借助Ｈｕｙｇｅｎｓ波動理論將火災(zāi)的空間增長模擬為橢圓波的擴散，在單位時間步長逡逑內(nèi)，火線上的每個火點都被看作獨立火源并以橢圓形式向前蔓延，如圖２．２。火逡逑點位于橢圓的一個焦點上，橢圓的形狀（ｇ卩ａ／ｂ，ａ／ｃ的值）和方向（即火頭前進方向）逡逑由風(fēng)和坡合成矢量決定，而橢圓大小則由根據(jù)Ｒｏｔｈｅｒｍｅｉ模型計算得到的火頭蔓逡逑延速度和模擬時間步長決定。火災(zāi)以火點為源向四周蔓延時，在風(fēng)和坡度的合成逡逑矢量方向蔓延速度最快，距離焦點最遠，這一部分區(qū)域稱為火頭�？拷裹c的區(qū)逡逑域為火尾，它與火頭的蔓延方向相反，兩側(cè)則為火翼。逡逑風(fēng)矢量產(chǎn)逡逑二火翼逡逑．？邐火點火頭方向、、＞逡逑坡度矢量＼，火翼逡逑圖２．２火點的橢圓蔓延形式示意圖逡逑按照Ｈｕｙｇｅｎｓ波動理論，同光的傳播一樣，每個火點都被看作是獨立的，并逡逑認為各點間互相干涉很小

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1 馬天;鄭君;王智超;;森林小班林火蔓延模型信息化研究[J];林業(yè)調(diào)查規(guī)劃;2013年02期

2 陳U

本文編號：2733576