Wildfire fuel characteristics

Abstract

In recent years, frequency and intensity of wildfires have been increasing in Norway and Nordic countries, with small fires growing into potential megafires. The main goal of this project was to test representative biological surface materials from Norwegian coastal heathlands and boreal forests. A cone calorimeter was used to determine the amount of heat released during combustion and how the fuel burns. Specimens of heather, juniper, lingonberry shrub, bilberry shrub, and stair-step moss were gathered from Tomsetmarka in Trondheim in October 2023. A differentiation was made between stem and branch samples for bilberry, and between brown and green heather samples. The samples were then conditioned at 23 °C and 50% relative humidity. The samples were exposed to a heat flux of 35 kW/m2 in the cone calorimeter. 24 tests were performed in total, of which 21 tests were admissible for analysis, leaving the data basis at three tests per specimen. The analysis of the results showed that stair-step moss ignited most rapidly. The maximum variation in time to ignition across specimens was 39 seconds. Large variations in burning time were observed. Lingonberry shrub, juniper, bilberry branches, and green heather burning times were similar and relatively short, while the ones for stair-step moss and bilberry stems were longer. Variations were seen for peak heat release rates as well, with especially juniper displaying high values of approximately 370-450 kW/m2. Dissimilarities in average heat release rates further indicated differences in burning intensities across specimens. Additionally, total heat release calculations with different integration boundaries were explored. Because of this, it was discovered that for some specimens, a significant amount of total heat release occurred after flameout. Overall, it appeared that lingonberry shrub and juniper had quite similar characteristics, while stair-step moss generally behaved differently from the other specimens. Brown and green heather behaved quite the same, but stems and branches from bilberry exhibited distinct dissimilarities. This study sheds light on differences and similarities among Norwegian surface vegetation fuels in terms of fire behavior.

I de senere år har hyppighet og intensitet av naturbranner økt i Norge og de nordiske landene, med små branner som vokser til potensielle megabranner. Hovedmålet med dette prosjektet var å teste representative biologiske overflatematerialer fra norske kystlyngheier og boreale skoger. Et konkalorimeter ble brukt for å fastslå varmeavgivelse fra forbrenning, og hvordan brensel oppfører seg under forbrenning. Eksemplarer av røsslyng, einer, tyttebærlyng, blåbærris og etasjemose ble samlet inn fra Tomsetmarka i Trondheim i oktober 2023. Differensiering ble gjort mellom prøver av stilk og grener fra blåbærris, og mellom prøver av brun og grønn røsslyng. Prøvene ble deretter kondisjonert ved 23 °C og 50% relativ luftfuktighet. Prøvene ble eksponert for en varmefluks på 35 kW/m2 i konkalorimeteret. Totalt ble det utført 24 tester, hvorav 21 tester kunne brukes til analyse, og datagrunnlaget ble derfor på tre tester per artseksemplar. Analysen av resultatene viste at etasjemosen antente raskest. Maksimal variasjon i tid til antenning mellom artseksemplarene var 39 sekunder. Det ble observert store variasjoner i brenntid. Brenntidene for tyttebærlyng, einer, grener fra blåbærris og grønn røsslyng var lignende og relativt korte, mens brenntidene for etasjemose og stilk fra blåbærris var lengre. Det ble også sett variasjoner i maksimal varmeavgivelseshastighet, der spesielt einer viste høye verdier på omtrent 370-450 kW/m2. Forskjeller i gjennomsnittlig varmeavgivelseshastighet indikerte ytterligere forskjeller i forbrenningsintensitet på tvers av artseksemplarene. I tillegg ble beregninger av total varmeavgivelse med ulike integrasjonsgrenser utforsket. Som følge av dette ble det oppdaget at for noen prøver skjedde en betydelig mengde av total varmeutslipp etter flammen slukket. Alt i alt virket det som tyttebærlyng og einer hadde ganske like egenskaper, mens etasjemose generelt oppførte seg annerledes enn de andre artseksemplarene. Brun og grønn røsslyng oppførte seg ganske likt, men stilker og grener fra blåbærris viste distinkte forskjeller. Denne studien belyser forskjeller og likheter blant norske overflatevegetasjonsbrensler når det gjelder brannadferd.