Study of atmosphere-wildland fires interactions, using numerical models, in Greece
Authors: Κάρτσιος Στέργιος 
Published: September 2021

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.