Post-frontal Combustion Heat Modeling in DEVS-fire for Coupled Atmosphere-fire Simulation

Xue, Haidong; Hu, Xiaolin; Dahl, Nathan A.; Xue, Ming

doi:10.1016/j.procs.2012.04.032

Cited by 8 publications

(3 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…ARPS was initially designed to simulate intense small-scale atmospheric convection, including the scales at which fire-atmosphere feedbacks become significant. Dynamic data assimilation methods also have been implemented, which improved DEVS-FIRE simulation results significantly (Xue et al 2012a(Xue et al , 2012b.…”

Section: Arps/devs-firementioning

confidence: 99%

A review of a new generation of wildfire–atmosphere modeling

Bakhshaii

Johnson

2019

Can. J. For. Res.

View full text Add to dashboard Cite

One of the first significant developments in wildfire modeling research was to introduce heat flux as wildfire line intensity (kW·m -1 ). This idea could be adapted to using weather station measurements, topography, and fuel properties to estimate rate of fire spread, shape, and intensity. This review will present, in an accessible manner, the next evolution in wildfire models. The new generation models use mechanistic combustion models and large-eddy simulation (LES) to define the flaming combustion and the mechanism of rate of spread. These wildfire models are then coupled to a computational fluid dynamics (CFD) or mesoscale weather model. In other words, wildfire models become weather and climate models with add-in fuel and terrain models. These coupled models can use existing fire and weather physics or developed noncoupled models with a coupling mechanism. These models are tailored for specific spatial and temporal scales.Résumé : Un des premiers développements en recherche sur la modélisation des feux de forêt a été d'introduire le flux de chaleur en tant qu'intensité de la ligne de feu (kW·m -1 ). Cette idée pouvait être adaptée pour utiliser les mesures des stations météorologiques, la topographie et les propriétés des combustibles pour estimer la forme, l'intensité et le taux de propagation du feu. Cette synthèse présente de façon accessible la prochaine évolution dans les modèles de feux de forêt. La nouvelle génération de modèles utilise des modèles de combustion mécanistes et la simulation de grands écoulements tourbillonnants (LES) pour définir la combustion accompagnée de flammes et le mécanisme du taux de propagation. Ces modèles de feux de forêt sont ensuite couplés à un modèle de dynamique des fluides numérique (CFD) ou un modèle météorologique méso-échelle. En d'autres mots, les modèles de feux de forêt deviennent des modèles météorologiques et climatiques avec des modèles complémentaires de combustibles et de terrain. Ces modèles couplés peuvent utiliser un feu en cours et la physique météorologique ou des modèles non couplés avec un mécanisme de couplage. Ces modèles sont adaptés à des échelles spatiales et temporelles spécifiques. [Traduit par la Rédaction]Mots-clés : feu de forêt, combustible, comportement du feu, modèles de simulation WRF-FIRE, FIRETEC, WFDS, CAWFE, ForeFire/ Meso-NH, ARPS/DEVS-FIRE, différence finie, volume fini.

show abstract

Section: Arps/devs-firementioning

confidence: 99%

A review of a new generation of wildfire–atmosphere modeling

Bakhshaii

Johnson

2019

Can. J. For. Res.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Operational models typically used in fire management applications do not account for interactions between the fire and atmosphere, and their fire spread can be inconsistent with fire spreading characteristics (Ager et al, 2011). Conversely, models that couple atmosphere and fire (such as WRF-Fire, (Coen & others, 2013), WRF-SFire, (Mandel et al, 2014), FOREFIRE, (Filippi et al, 2010), and ARPS/DEVS-Fire, (Xue et al, 2012)) have the ability to resolve winds in complex terrain and model fire induced phenomena in the atmosphere (e.g., (Roberts et al, 2023)), which becomes more relevant with increasing fire scale and threat to communities adjacent to the WUI.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Modeling firebrand spotting in WRF-Fire for coupled fire-weather prediction

Frediani,

Shamsaei,

Juliano

et al. 2024

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

This study introduces the firebrand spotting parameterization implemented in WRF-Fire and applies it to the Marshall Fire, Colorado (2021) to demonstrate that, without fire spotting, wind-driven fire simulations cannot accurately represent the fire behavior. Spotting can be a dominant fire spread mechanism in wind-driven events, particularly those that occur in the wildland-urban interface (WUI), such as the Marshall Fire. To simulate these fires, the model’s ability to spot is critical, in that it accelerates the rate of spread and enables the fire to spread over streams and urban features such as highways. The firebrand spotting parameterization was implemented in WRF-Fire to improve simulations of wind-driven fires in a fire-atmosphere coupled system. In the parameterization, particles are generated with a set of fixed firebrand properties, from locations vertically aligned with the fire front. Firebrands are transported using a Lagrangian framework and firebrand physics are represented by a burnout (combustion) parameterization. Fire spots may occur when firebrands land on unburned grid points. The parameterization components are illustrated through idealized simulations and its application is demonstrated through simulations of a devastating real case - the Marshall Fire (Colorado, 2021). The simulations were verified using time of arrival and contingency table metrics. Our metrics show that when fire spots were included in the simulations, fire rate of spread and burn area consistently improved.

show abstract

“…The coupling between ARPS and DEVS-FIRE is performed in the same framework as in FIRETEC and HIGRADS. Moreover, the newly implemented dynamic data assimilation methods showed that the simulation results can be improved (Dahl et al, 2015;Xue et al, 2012bXue et al, , 2012a.…”

Section: Arps/devs-firementioning

confidence: 99%

Study of atmosphere-wildland fires interactions, using numerical models, in Greece

Kartsios¹

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή διερεύνησε τις αλληλεπιδράσεις ατμόσφαιρας – πυρός με τη βοήθεια ενός άμεσα συζευγμένου αριθμητικού μοντέλου (WRF-SFIRE), το οποίο αποτελεί συνδυασμό ενός αριθμητικού μοντέλου πρόγνωσης καιρού με ένα ημι-εμπειρικό μοντέλο διάδοσης του πυρός. Στο πρώτο μέρος της ερευνητικής διεργασίας μελετήθηκε η επίδραση των εκλυόμενων ροών θερμότητας του πυρός στις ιδιότητές του και στα χαρακτηριστικά της ατμοσφαιρικής ροής και της επαγωγικής στήλης θερμότητας (πλούμιο), αντίστοιχα. Πιο συγκεκριμένα, εκτιμήθηκε ο ρόλος της παραμέτρου heat extinction depth ή e-folding depth (zext) μέσα από οχτώ ιδεατά αριθμητικά πειράματα, τα οποία πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο LES. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η τιμή του zext επηρέασε την καθ’ ύψος κατανομή των εκλυόμενων ροών αλλά επίσης και την ποσότητα της εκλυόμενης ενέργειας που «εισχωρεί» στο ατμοσφαιρικό μοντέλο. Διαφορετικές τιμές zext κάτω από ίδιες αρχικές ατμοσφαιρικές συνθήκες είχαν ως αποτέλεσμα διαφορετικές καμένες περιοχές (σχήμα και έκταση). Διαφορές παρατηρήθηκαν τόσο στην ένταση όσο και στα μοτίβα της κάθετης συνιστώσας του στροβιλισμού (οριζόντιος στροβιλισμός) και της απόκλισης κοντά στην επιφάνεια, επηρεάζοντας το σχήμα της καμένης έκτασης και τη θέση της κεφαλής. Ο όρος της οριζόντιας μεταφοράς συνείσφερε θετικότερα στην αύξηση του οριζόντιου στροβιλισμού, ενώ ο όρος της κλίσης/συστροφής βρέθηκε μεγαλύτερος κατά τα πρώιμα στάδια της φωτιάς, όπου η παραγόμενη λόγω κατακόρυφης διάτμησης του ανέμου, ψ συνιστώσα του στροβιλισμού προσανατολίστηκε κατακόρυφα εξαιτίας της έντονης ανωμεταφοράς από την φωτιά επιφανείας. Στο δεύτερο μέρος της ερευνητικής διεργασίας πραγματοποιήθηκε η συνοπτική ανάλυση, παρουσιάστηκαν οι επικρατούσες ατμοσφαιρικές συνθήκες στην επιφάνεια, διερευνήθηκε η επίδραση της τοπογραφίας στη μέση ροή και στη συμπεριφορά του πυρός και ελέγχθηκε η επίδραση των παραμέτρων της ανάφλεξης (τοποθεσία, χρόνος, είδος) στη καμένη έκταση, κατά τη διάρκεια των γεγονότων της 23ης Ιουλίου 2018, όπου εκδηλώθηκαν δύο πυρκαγιές με ακραία συμπεριφορά, σε Δυτική (περιοχή Κινέτα) και Ανατολική (περιοχή Μάτι) Αττική. Ο αριθμητικός συνδυασμός αξιολογήθηκε ως προς την θερμοκρασία και υγρασία του αέρα και την ταχύτητα του ανέμου με βάση τα δεδομένα των σταθμών επιφανείας της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας. Η απόδοση του κρίθηκε ικανοποιητική, αν και βρέθηκε να υπερεκτιμά τη θερμοκρασία στα 2 m και τη ταχύτητα του ανέμου στα 10 m, και να υποεκτιμά τη σχετική υγρασία στα 2 m. Η προσομοίωση της καμένης έκτασης και στα δύο γεγονότα υπό μελέτη ήταν σε σχετική συμφωνία με τη εκάστοτε πραγματική, ωστόσο και στις δύο περιπτώσεις υπήρξε καθυστέρηση στην ανάπτυξη της δυναμικής τους, με αποτέλεσμα να προκύψουν διαφορές ως προς την εξέλιξή τους χρονικά. Επιπλέον, η ανάλυση των αποτελεσμάτων της αριθμητικής προσομοίωσης υπέδειξε την παρουσία επαγόμενων κυμάνσεων λόγω ορεογραφίας στην ευρύτερη περιοχή, μονοπάτια ατμοσφαιρικής ροής μεγάλης ταχύτητας στα υπήνεμα των ορεινών εμποδίων, παροδική εμφάνιση χαρακτηριστικών ενός τυρβώδους υδραυλικού άλματος στα κατάντη του Όρους Πεντέλη και κατακόρυφη μεταφορά ενέργειας και ορμής προς τα έδαφος, κατά τη διάρκεια εμφάνισης των μέγιστων ταχυτήτων ανέμου. Η επίδραση της ορεογραφίας στην εκάστοτε πυρκαγιά βρέθηκε διαφορετική καθώς, η παρουσία των απομονωμένων Γεράνειων Ορέων οδήγησε σε θερμότερες και ξηρότερες συνθήκες, με ισχυρότερες ταχύτητες ανέμου στα κατάντη, ενώ το Όρος Πεντέλη είχε μικρότερη επίδραση στις ατμοσφαιρικές συνθήκες στην υπήνεμη πλευρά.

show abstract

Post-frontal Combustion Heat Modeling in DEVS-fire for Coupled Atmosphere-fire Simulation

Cited by 8 publications

References 15 publications

A review of a new generation of wildfire–atmosphere modeling

A review of a new generation of wildfire–atmosphere modeling

Modeling firebrand spotting in WRF-Fire for coupled fire-weather prediction

Study of atmosphere-wildland fires interactions, using numerical models, in Greece

Contact Info

Product

Resources

About