Study of the effect of a wildfire on the local characteristics of the atmosphere using remote sensing methods
Authors: ЛОБОДА Е.Л. , РАЗЕНКОВ И.А. , АГАФОНЦЕВ М.В. , РЕЙНО В.В. 
Published: August 2024

Представлены результаты дистанционного зондирования дымового шлейфа над модельным очагом природного пожара с использованием специализированного лидара, принцип работы которого основан на эффекте увеличения обратного рассеяния, регистрирующего оптическую турбулентность. Расстояние до очага горения составляло 1600 м, площадь модельного пожара варьировалась: 1, 9 и 25 м2. Установлено, что во время горения лидар фиксировал повышение эхосигнала в основном приемном канале, регистрирующем аэрозольное рассеяние и турбулентную компоненту, относительно эхосигнала в дополнительном приемном канале, регистрирующем только аэрозоль. Ширина дымового шлейфа не превышала 20 м, повышение основного эхосигнала наблюдалось сразу за шлейфом в интервале расстояний от 0 до 600 м. В данном эксперименте шлейф теплого дыма действовал как фазовый экран, который изменял когерентную структуру лазерного пучка. После завершения интенсивного горения температура внутри шлейфа быстро понижалась и лидар фиксировал только содержание аэрозоля. Появление аэрозольной и турбулентной составляющей в эхосигнале, отражающих повышение концентрации аэрозоля и интенсивности турбулентности, однозначно указывает на очаг горения. Проведено сравнение лидарной оценки значений структурной характеристики показателя преломления Cn2на высоте 10 м над очагом горения с данными ультразвуковой метеостанции АМК-03 на высоте 3 м и результатами моделирования низового природного пожара, опубликованными ранее. Применение турбулентного лидара является перспективным способом обнаружения малых очагов горения, в том числе бездымного или с низким выбросом конденсированных продуктов горения.

This paper presents the results of an experiment on remote sensing of a smoke plume over a model fire with the use of a specialized lidar based on the backscatter enhancement effect and detecting optical turbulence. Burning was 1.600 m away, and the area of the model fire varied from 1, 9 and 25 m2. It was found that during combustion, the lidar recorded an increase in the echo signal in the main receiving channel, which registers aerosol scattering and the turbulent component, relative to an echo signal in the additional receiving channel, which registers only the aerosol. The width of the smoke plume did not exceed 20 m, an increase in the main echo signal was observed immediately after the plume in the distance range up to 300 m. In this experiment, a plume of warm smoke acted as a phase screen that changed the coherent structure of the laser beam. After the completion of intensive combustion, the temperature inside the plume rapidly decreased and the lidar recorded only the aerosol content. The appearance of two signs in the echo signal – an increase in the aerosol concentration and turbulence intensity – clearly indicates a source of burning. The lidar estimation of the values of the structural characteristic of the refractive index Cn2at an altitude of 10 m above the combustion focus was compared with the data of the ultrasonic meteorological station AMK-03 at an altitude of 3 m and results of simulation of a grass-roots fire published earlier.