МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ  СОЛНЕЧНОЙ

АКТИВНОСТИ И ОЦЕНКА  ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ

 

Рунова Е.М.,  Беженцев М.В. (ГОУВПО «БрГУ», г.Братск, РФ)

 

The analysis speakers to solar activity for year and are built mathematical models with calculation of the index to solar activity. It is offered to take into account the solar activity at determination of the combustion wood.

 

Рассматривая вопрос о возникновении и распространении лесных пожаров, а также их активности зависящей от периода времени и района (области) возникновения, особое внимание обращают на себя факторы естественного и искусственного происхождения способствующие возникновению и распространению лесных пожаров. К факторам естественного происхождения можно отнести абиотические факторы и факторы, связанные с местными лесорастительными условиями. Абиотические факторы это факторы, связанные с климатическими особенностями района. К абиотическим факторам, активно способствующим возникновению и распространению лесных пожаров, можно отнести следующие факторы, такие как  солнечная активность или солнечное сияние (количество часов с солнцем за сутки), фактор единицей измерения которого является – час (минута); температура атмосферного воздуха на поверхности почвы и температура на высоте 2 метров; влажность воздуха; скорость ветра.

Все эти факторы по-своему влияют на пожарное состояние (зрелость) района рассмотрения. Под зрелостью района рассмотрения будем понимать зрелость напочвенного покрова, лесной подстилки, т.е. состояние при котором возможно возникновение пожара, например, низкая влажность напочвенного покрова.

Активность солнца важна при оценке степени пожарной опасности обусловленной пожарной зрелостью участка непокрытого лесом. Для расчета солнечной активности можно использовать так называемый усредненный коэффициент солнечной активности. Для расчета коэффициента солнечной активности на основании данных наблюдений, построена модель (1) 

                                                                          (1)

                                                                       (2)

В уравнении (1) и (2), как минимум,  должно присутствовать уравнение второй степени

где       - усредненный коэффициент солнечной активности как интеграл от 1 до n;

           - усредненный интеграл солнечной активности за год;

  - расчетный месяц, т.е. период за который требуется рассчитать усредненный коэффициент солнечной активности, n = (1 – 1,5; 1,5 – 2; …; 11,5 – 12);

Усредненный интеграл солнечной активности   может быть уточнен. Степень полинома будет меняться, и может быть увеличена до четвертого порядка, все зависит от района и периода рассмотрения. Показатель степени можно уточнять в том случае если взять в рассмотрение период больший по отношению к исходному периоду.

Для построения математической модели динамики солнечной активности и построения математической модели для расчета коэффициента плотности солнечной активности, анализировались данные, полученные по центральной гидрометеорологической станции города Братска (ЦГМС-Р). При математическом моделировании рассматривались данные за период с 1990 по 2007 год включительно.

На  рисунке 1 представлен график плотности солнечной активности за 1990 год. Из графика видно, что плотность солнечной активности возрастает с января по июнь. В июле месяце наблюдаются солнечная максимальная активность, далее идет спад солнечной активности до декабря.

По оси абсцисс цифрами обозначены месяца: 1 – январь, 2 – февраль, 3 – апрель, 4 – май, 5 – июнь, 7 – июль, 8 – август, 9 – сентябрь, 10 – октябрь, 11 – ноябрь, 12 – декабрь, а по оси ординат – суммарное количество часов с солнцем за месяц (единица измерения – час).

 

Рисунок 1 – Солнечное сияние в течение года


Рисунок 2 – Дисперсия и динамика солнечного сияния за период с 1990 по 2007 год

 

На рисунке 2 представлен график динамики солнечной активности. Черные точки на графике характеризуют дисперсию солнечной активности за 17 лет.

Для построения математической модели выбрана средняя плотность солнечной активности за период с 1990 по 2007 год. Усредненная плотность солнечной активности представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Усредненная плотность солнечной активности

 

По усредненным данным подбираем линию тренда, выводим уравнения с коэффициентом R2 на график. Коэффициент R2 показывает степень приближения данных к линии тренда. На рисунке 4 представлен график усредненных значений солнечной активности за период с 1990 по 2007 год и построены модели 2, 3 и 4 степени.

Рисунок 4 – Усредненный  график плотности солнечной активности в течение года

 

Для расчета коэффициентов солнечной активности за основу примем уравнение третей степени (2) с коэффициентами, полученными на рисунке 4

                                                    (2)  

  проинтегрируем

                                              (3)

После интегрирования найдем общую площадь под кривой графика функции (2). Данная площадь будет соответствовать усредненной плотности солнечной активности за период с 1990 по 2007 год. Таким образом, математическая модель для определения коэффициентов солнечной активности будет иметь вид (4)

                         (4)

В таблице 1 представлены усредненные коэффициенты солнечной активности для каждого месяца.

Таблица 1 - Усредненные коэффициенты солнечной активности

месяц

Усредненная доля солнечной активности характерная для каждого года месяца Братского района

январь

0,018

февраль

0,068

март

0,101

апрель

0,122

май

0,131

июнь

0,131

июль

0,123

август

0,108

сентябрь

0,088

октябрь

0,064

ноябрь

0,036

декабрь

0,01

 

1,00

Полученные коэффициенты можно уточнить и вычислить их числовые значения для каждой декады месяца. Данные коэффициенты необходимо уточнять ежегодно. 

Усредненный коэффициент солнечной активности можно применить как уточняющий показатель для оценки горимости лесов по Нестерову

  По шкале Нестерова уравнение горимости будет иметь вид

                                                                               (5)

Предлагается в уравнении Нестерова учитывать солнечную активность, тем самым, изменив расчетную шкалу. Коэффициент солнечной активности  ,  можно получить, используя  формулы (1) и (2).

Преобразованное уравнение Нестерова учитывающее солнечную активность за рассматриваемый период  будет иметь вид

                                                                 (6)

Данное уравнение целесообразно использовать для оценки декадной и месячной горимости.

 

Сайт управляется системой uCoz