Datorsimuleringar kan förutsäga spridningen av skogsbränder genom delar av en riktig skog med hjälp av en realistisk men beräkningseffektiv ny metod för att modellera förbränning av enskilda träd. Modellen, som exakt fångar upp beteendet vid skogsbränder i skogsskala, skapades av KAUST-forskare och deras internationella samarbetspartners.

"Vårt arbete kan bidra till att göra verkliga skogsbränder mer förutsägbara genom att simulera potentiella brandscenarier med riktiga skogsbruksdata, säger Torsten Hädrich, en Ph.D. elev i Dominik Michels grupp. "Vi kan också simulera hur brandgator i skog kan användas för att begränsa brandspridning, " han lägger till.

Simuleringar av klimatförändringar har länge förutspått en global ökning av förekomsten och intensiteten av skogsbränder. "Vi kallade vårt forskningsdokument "Fire in Paradise" med hänvisning till den norra Kalifornien staden Paradise som ödelades av en skogsbrand i november 2018, resulterade i mer än 80 dödsfall, säger Michels, som ledde forskningen.

Noggranna beräkningssimuleringar kan förbättra vår förståelse och hantering av beteendet vid löpeldar. "Den största utmaningen är att fånga den komplexa dynamiken som är involverad, " förklarar Hädrich. Simuleringen måste inkludera en modell för trädförbränning och en vätskedynamikkomponent för simulering av brand samtidigt som man tar hänsyn till miljövariationer, som trädtäthet, terräng och vind.

Tidigare brandsimuleringar i skogsskala har representerat träd som enkla kottar eller cylindrar, men denna extrema förenkling av skogsstrukturen minskar noggrannheten i simuleringen. Hädrich, Michels och deras medarbetare utvecklade en metod för att modellera träd som samlingar av grenliknande moduler. "Vår modulbaserade representation ger ett sätt att kontrollera detaljnivån för simuleringen, " säger Hädrich.

Beroende på scenariot som simuleras, varje träd kan representeras antingen av många detaljerade moduler för att generera mycket realistiska förgreningsstrukturer eller av färre grövre moduler för effektiv beräkning. "Vår metod är kapabel att realistiskt simulera spridningen av brand genom hela ekosystem med varierande skogstäcke, " säger Hädrich.

Ytterligare förbättringar av simuleringens prediktiva noggrannhet inkluderar modellering av molnbildningen och nederbörden som kan uppstå när vattenånga frigörs från brinnande vegetation. Ytterligare förbättringar av simuleringen planeras, konstaterar Michels. "Vi skulle vilja inkludera simuleringen av gnistor som flyger genom luften och ta itu med brandspridning på marken som underlättas av gräs, grenströ och undervegetation, " säger han. "Vi planerar också att ytterligare validera vår strategi med hjälp av satellitbilder av riktiga skogsbränder, ", tillägger Michels.