Modeling Wildland Fire Behaviour using a Multi-physics Systems on HPC Platforms

Resumen

Els danys causats pels incendis forestals han sorgit com una gran amenaça a tot el món. Una explicació adequada de la interacció entre el foc i l'atmosfera al voltant del foc pot ser clau perquè els bombers i els cossos de protecció civil puguin prendre decisions durant el transcurs de l'esdeveniment. En aquest sentit, WRF-SFIRE és un simulador d'incendis forestals que combina el model meteorològic WRF-ARW i el model de propagació d'incendis SFIRE que resol l'equació de Rothermel a través del mètode del conjunt de nivell. Aquest model soluciona la interacció entre l'atmosfera i el foc a través de la dinàmica de fluids computacional (CFD). No obstant això, té algunes limitacions que permeten l'objectiu d'aquesta investigació. El sistema acoblat abans esmentat necessita ser executat prou ràpid com per assegurar execucions en temps real. Una anàlisi profunda del paral·lelisme programat en ell és una qüestió important per obtenir resultats operacionals. La millor manera d'executar ràpidament WRF-SFIRE és utilitzant un paral·lelisme de memòria distribuïda amb MPI, però té algunes limitacions causa de la grandària de les parts del domini. Un altre element important de WRF-SFIRE, que permet evolucionar l'incendi i el manté actualitzat, és el mètode del conjunt de nivell. El mètode del conjunt de nivell amb taxes de propagació fortes i heterogènies pateix d'inestabilitats, el que provoca incendis espuris. Això es resol complint la restricció de que la funció del conjunt de nivell en un punt no pugui disminuir per sota del valor mínim en els veïns. Finalment, es proposa un nou mètode per ajustar el temps d'arribada del foc a les dades perimetrals observades, que es pot utilitzar per generar un historial artificial de l'incendi, que pot utilitzar-se per spin up el model atmosfèric per tal de començar una simulació des d'un perímetre de foc observat. La idea principal és minimitzar una funció objectiu no lineal, que satisfà l'equació eikonal quan va a 0. Aquest nou mètode, a diferència de la posició o les correccions de temps additives, respecta la dependència de la velocitat de propagació en la topografia, canvis diürns en la humitat del combustible, vents, així com la heterogeneïtat espacial del combustible. Aquest mètode d'interpolació es pot usar per assimilar els perímetres de foc i les deteccions de foc satelitals al model acoblat de atmosfera-foc.

Fecha de lectura	13 dic 2019
Idioma original	Indefinido/desconocido
Supervisor	Ana Cortes Fite (Director/a)