Waldbrand-Simulator

Untersuche, wie Baumdichte und Wind bestimmen, ob ein Waldbrand frĂŒh erlischt oder den gesamten Wald erfasst.

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Kritische Schwelle in der KonnektivitĂ€t 🖖

Setze den Seed auf 7 und bewege die Dichte von 0,57 auf 0,62. Das Feuer nimmt sich 7,6 % des Waldes. Dann 87 %. Dazwischen gibt es schlicht keine Einstellung, bei der das Feuer den Wald nur zur HĂ€lfte durchquert. Nun Ă€ndere den Seed, aber lass die Dichte unangetastet: Bei exakt 0,59 brennt derselbe Wald zu 7,6 %, 58,8 % oder 19,3 % nieder, ganz abhĂ€ngig davon, welche Zufallskarte du gerade gezogen hast. Der Schwellenwert beschreibt den Durchschnitt vieler solcher Karten. Ein einzelner Versuch in seiner NĂ€he sagt dir fast nichts. Darum gibt es das Seed-Feld und den Sweep-Button. Genau das ist auch der Grund, warum eine Brandschneise ihr Geld wert ist. Ein paar Meter gerĂ€umter Boden durchtrennen die Verbindungen, ohne den Großteil des Brennmaterials anzutasten. Das bringt oft mehr, als einen ganzen Hang auszudĂŒnnen.

Was der Wind verĂ€ndert, ist die Flugweite der Funken 🖖

Setze die Dichte auf 0,55 und starte einen windstillen Durchlauf. Das Feuer findet einen kleinen Fleck, erfasst etwa 5 % des Waldes und erlischt. Stell nun einen Ostwind von 2 ein. Gleiche Karte. Gleicher Seed. Plötzlich verbrennen 97 %. Kein einziger Baum kam hinzu. VerĂ€ndert hat sich rein die Reichweite, denn ein Funke ĂŒberspringt mit dem Wind nun bis zu drei Zellen anstelle einer einzigen. LĂŒcken, die das Netzwerk zuvor erfolgreich aufbrachen, verlieren jede Bedeutung. Du solltest das gut von der gerichteten Perkolation unterscheiden. Das klingt zwar nach demselben Prinzip, bewirkt aber das genaue Gegenteil: WĂŒrde man das Feuer zwingen, sich ausschließlich in Windrichtung auszubreiten, fielen Wege weg. Sein Platz-Schwellenwert lĂ€ge dann nahe 0,705 statt bei 0,5927. Der Wind auf dieser Seite eröffnet dem Feuer zusĂ€tzliche Wege. Die benötigte Dichte sinkt also stattdessen.

Von WĂ€ldern zu Epidemien und QuantenphasenĂŒbergĂ€ngen 🖖

Übertragbar ist das Prinzip des Schwellenwerts, nicht seine konkreten Zahlen. Öl durchdringt Sandstein. Strom fließt durch ein zufĂ€lliges Komposit. Eine Epidemie erreicht R₀ = 1. Jeder dieser FĂ€lle besitzt einen Punkt, unterhalb dessen nichts das System durchspannt, und oberhalb dessen etwas genau das tut. Dieser Verlauf ist jedes Mal dasselbe Argument. Die Exponenten haben sie nicht gemeinsam. Der durchspannende Cluster wĂ€chst hier mit ÎČ = 5/36, eine Mean-Field-Epidemie mit ÎČ = 1. Die LeitfĂ€higkeit nahe der Schwelle gehorcht wiederum einem anderen Exponenten t. Strom durch ein Netzwerk zu transportieren ist eben eine völlig andere Frage, als nur dazu zu gehören. UniversalitĂ€tsklassen sind deutlich enger als die Analogien, mit denen wir nach ihnen greifen.

Quellen (3)

Beispielaufgaben