Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Системы оценок метеорологического фактора пожарной опасности в различных странах
1.2. Учет метеорологических элементов
1.3. Учет других факторов пожарной опасности
1.4. Об абсолютных критериях пожарной опасности
1.5. Оценка метеорологического фактора пожарной опасности в горах
1.6. Пирологические исследования в Байкальском регионе
Глава 2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Анализ существующих в мире систем ежедневной оценки пожарной опасности лесов
2.2. Характеристика района исследований
2.3. Анализ многолетних данных о фактической горимости лесов
2.4. Совершенствование ежедневной оценки пожарной опасности в лесах
2.5. Оценка ежедневной пожарной опасности лесов в горных условиях и ее совершенствование
Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
Глава 4. АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКОЙ ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
4.1. Динамика фактической горимости лесов по годам
4.2. Распределение лесных пожаров по крупности 82
4.3. Территориальная и сезонная динамика горимости лесов в горной местности 84
Глава 5. ЕЖЕДНЕВНАЯ ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ В ЛЕСАХ И ЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ 94
5.1. Анализ мирового опыта
5.1.1. Метеорологические показатели пожарной опасности
5.1.2. Шкалы для ежедневной оценки пожарной опасности в лесах 101
5.2. Анализ новых разработок 105
5.2.1. Метеорологический показатель пожарной опасности ПВГ
5.2.2. Местные (районные) шкалы с сопоставимыми классами пожарной опасности 110
5.2.3. Использование метеопрогнозов при расчете метеорологических показателей пожарной опасности 115
5.3. Сравнительный анализ эффективности использования различных метеорологических показателей пожарной опасности 118
5.3.1. Корреляционная связь между показателями
5.3.2. Связь метеорологических показателей пожарной опасности с ежедневным количеством действующих пожаров 120
Глава 6. ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПО УСЛОВИЯМ ПОГОДЫ В ГОРНЫХ ЛЕСАХ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ 136
6.1. Связь между климатическими характеристиками нижнего и верхнего лесных поясов Хамар-Дабана 138
6.2. Связь между погодными характеристиками нижнего и верхнего лесных поясов Хамар-Дабана 140
6.2.1. Высотные градиенты температуры -
6.2.2. Осадки, дождливые и бездождные периоды в нижнем и верхнем лесных поясах 143
6.3. Ежедневная оценка пожарной опасности и ее экстраполяция на верхний пояс 154
6.4. Местные шкалы для ежедневной оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды (на примере людянского лесхоза) 15 7
6.5. Использование метеопрогноза при расчете метеорологических показателей пожарной опасности в Южном Прибайкалье 166
ВЫВОДЫ 172
- Учет метеорологических элементов
- Анализ многолетних данных о фактической горимости лесов
- ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
Введение к работе
Актуальность темы. В Прибайкалье наиболее освоена его южная часть. Там в лесах много источников загораний и пожаров, что обусловливает актуальность вопросов, связанных с совершенствованием лесопожарной охраны в данном регионе.
В охране лесов от пожаров очень важным моментом является порайонная оценка пожарной опасности по условиям погоды в лесах (или ежедневная оценка пожарной опасности), необходимая для регламентации работы лесопожарных служб и своевременного обнаружения лесных пожаров. Горный рельеф Южного Прибайкалья трансформирует пожарную опасность и чрезвычайно осложняет ее ежедневную оценку из-за существующей вертикальной поясности, прежде всего климатической. Положение усугубляется очень малым количеством метеостанций в верхнем лесном поясе. Методы экстраполяции ежедневной оценки пожарной опасности в горных лесах недостаточно разработаны, что делает этот вопрос актуальным не только в региональном плане.
Цель исследования - совершенствование методов ежедневной оценки пожарной опасности по условиям погоды в горных лесах Южного Прибайкалья.
Задачи исследований. Ежедневная оценка пожарной опасности в лесах региона может совершенствоваться как за счет использования мирового опыта и новых предложений, так и за счет разработки методов оценки с учетом природных и пирологических особенностей региона. Поэтому в соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 1. Выполнить сравнительный анализ существующих систем оценки пожарной опасности по условиям погоды в России и за рубежом, проанализировать существующие предложения и разработки по этому вопросу.
Исследовать особенности оценки пожарной опасности по условиям погоды в горах Южного Прибайкалья с учетом природных условий и фактической горимости лесов.
Разработать предложения по совершенствованию оценки пожарной опасности по условиям погоды для горных условий Южного Прибайкалья.
Научная новизна. Впервые для Южного Прибайкалья выполнена проверка эффективности работы метеорологических показателей пожарной опасности Нестерова (ПН), ЛенНИИЛХа (ПВ-1), Софронова (ПВГ) и канадского (FWI) по их связи со средним ежедневным количеством действующих лесных пожаров. Установлена зависимость высотных градиентов летней температурной инверсии на прибрежных горных склонах от высоты над уровнем акватории. Выявлена значимая связь между началом и окончанием бездождных периодов нижнего и верхнего лесных поясов Хамар-Дабана. Выявлена динамичная связь, закономерно изменяющаяся в течение пожароопасных сезонов, между температурой воздуха в 15 часов и величиной основания показателей пожарной опасности в пределах природных районов. Сформулированы предложения по совершенствованию ежедневной оценки пожарной опасности для горных условий Южного Прибайкалья.
Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны практические предложения по совершенствованию оценки пожарной опасности по условиям погоды в горных условиях Южного Прибайкалья, которые включают:
1) метод экстраполяции оценок пожарной опасности в горных условиях на основе выявленной связи между бездождными периодами в нижнем и верхнем лесных поясах; метод использования метеопрогнозов при расчете показателя пожарной опасности утром; местные шкалы с классами пожарной опасности, связанными с вероятной плотностью действующих лесных пожаров.
Объекты исследований. Многолетняя фактическая горимость горных лесов в связи с метеорологическими условиями на территории Слюдянского лесхоза Иркутской области, Тункинского национального природного парка и Государственного природного биосферного заповедника «Байкальский» Республики Бурятия.
Защищаемые положения:
В Южном Прибайкалье проверка эффективности работы метеорологических показателей пожарной опасности Нестерова (ПН), ЛенНИИЛХа (ПВ-1), Софронова (ПВГ) и канадского (FWI) по их связи со средним ежедневным количеством действующих лесных пожаров не показала преимуществ какого-либо из них.
Между началом и окончанием бездождных периодов в нижнем и верхнем лесных поясах Хамар-Дабана существует значимая связь, которую можно использовать для экстраполяции оценок пожарной опасности в горах.
В пределах природных районов существует зависимость, закономерно изменяющаяся в течение пожароопасного сезона, между температурой воздуха в 15 часов и величиной основания метеорологических показателей пожарной опасности, которая позволит использовать метеопрогнозы при расчете показателей пожарной опасности утром. Обоснованность выводов и достоверность результатов подтверждается значительным объемом проанализированных ежедневных данных о пожарах (за 30 лет) и о погоде (от 10 до 30 лет).
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены на международных (Канада, 2003; Италия, 2003; Томск, 2003; Иркутск, 2005), всероссийских и региональных (Красноярск, 2003, 2004, 2005) конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах текста и состоит из введения, шести глав, заключения; содержит 27 таблиц, 25 рисунков и 5 приложений; библиографических источников -121, в том числе 26 на иностранных языках.
Личный вклад автора. Все исследования по диссертации выполнены лично автором или при его непосредственном участии: сравнительный анализ зарубежных систем оценки ежедневной пожарной опасности; исследование фактической горимости лесов в Южном Прибайкалье; метеорологические наблюдения на северном склоне Хамар-Дабана; сбор многолетних метеоданных по трем метеостанциям, расположенным в нижнем и верхнем высотных поясах хребта Хамар-Дабан; математическая обработка собранной информации и анализ полученных данных.
Организация исследований. Диссертационная работа была выполнена в рамках базового проекта Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН (программа №22.1) при финансовой поддержке Глобального центра мониторинга пожаров (грант ЦГМП, 2005), Красноярского краевого фонда науки (грант №120087С, 2004), молодежного фонда Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН.
Учет метеорологических элементов
Во всех странах при ежедневной оценке пожарной опасности в лесах главное внимание уделяется метеорологическим факторам. Ежедневный баланс влияния на пожарную опасность увлажняющих и иссушающих метеорологических факторов выражают различные погодные коды, индексы и показатели. Их величина обычно связана с влагосодержанием эталонных растительных горючих материалов. В России и Канаде из-за сходства природных условий эталоном служит напочвенный покров из зеленых мхов в сосняках на дренированной почве, в США - деревянные брусочки определенных размеров.
Россия. В России (СССР) с 1949 года стал использоваться комплексный показатель горішости В. Г. Нестерова в виде суммы оснований показателя за текущий бездождный период. Основание представляло собой произведение иссушающих факторов - дефицита влажности воздуха (d, мб) и температуры воздуха (t,C), измеренных в 14-15 часов, (т.е. t d). При выпадении дождей в сумме более 2,5 мм (с 1967 года - 3 мм и более) за предшествующие 24 часа суммирование оснований начиналось заново. В 1967 году этот показатель был заменен на метеорологический показатель горимости леса В. Г. Нестерова с основанием t (t - td), где td - температура точки росы (Кац, Гусев, Шабунина, 1975), а с 1976 года стал параллельно внедряться показатель влажности (ПВ-\) ЛенНИИЛХа с таким же основанием, но с дифференцированными поправками на осадки (Вонский, Жданко, 1976). Детально российская система оценки пожарной опасности проанализирована далее, в главе 5.
Вопросами оценки пожарной опасности занимались также И. С. Мелехов (1947), Н. П. Курбатский (1963), Э. Н. Валендик (1963), В. В. Фуряев (1963), Г. П. Телицын (1970), А. Г. Цыкалов (1987), М. А. Софронов, А. В. Волокитина (1990), М. Д. Евдокименко (1991, 2000), П. А. Цветков (1998), А. М. Гришин, А. И. Фильков (2005), Г. А. Доррер, П. А. Егармин (2005) и др. В настоящее время разрабатывается вопрос оценки пожарной опасности на основе спутниковых данных (Пономарев, 2003). По космоинформации можно оценивать погодный фактор пожарной опасности, что очень важно для России при очень редкой, сети метеостанций в ней. Также возможно оценивать влагосодержание слоя напочвенных горючих материалов. Но эта задача сложная, если учесть экранирующее влияние облачности, ярусов растительности и фенологического состояния при разнотипности напочвенных покровов и послойном характере их высыхания (Волокитина, Софронов, 2002). Также следует заметить, что пожарная опасность зависит не только от погоды или влагосодержания напочвенных горючих материалов, но и от целого ряда других факторов, например, от источников загорания, их количества, распределения по территории и т. д. Поэтому оценивать пожарную опасность в лесу в полном объеме только по одной космоинформации невозможно.
Лесистость некоторых европейских стран (Финляндии, Швеции, Испании, Швейцарии) достигает 50-60 %, у других она редко бывает меньше 25 %. Горимость лесов различная. В странах северной Европы она низкая и пониженная, зато в странах южной Европы она высокая и даже чрезвычайная (табл. 1.1).
Интересно, что по данным анкетирования всемирной метеорологической организации во многих европейских странах среди причин лесных пожаров высока доля установленных умышленных поджогов. Например, в Англии - 95 %, в Италии - 62 %, в Бельгии и Венгрии - 60 %, в Португалии - 31 %, в Испании и Швейцарии - 25 %.
Ниже кратко рассматриваются особенности ежедневной оценки пожарной опасности в лесах некоторых европейских стран, методы расчета метеорологических показателей (индексов) (таблица 1.2).
Финляндия. В 60-е годы прошлого столетия ежедневная оценка пожарной опасности делалась по вероятности возникновения пожаров (Анкетный опрос ..., 1997), которая рассчитывалась на основании определенной эмпирической зависимости между метеорологическими факторами и количеством возникающих пожаров.
Анализ многолетних данных о фактической горимости лесов
Анализ включал динамику фактической горимости по годам и по частям территории региона (с учетом оценок горимости), выявление типичного распределения количества и площади пожаров по сезону и по территории (в том числе по высотным поясам).
Методика. Были собраны сведения о лесных пожарах на территории Слюдянского лесхоза, Государственного природного биосферного заповедника «Байкальский» и Тункинского национального природного парка за период с 1973 по 2003 год.
Сведения выписывались из книг по учету лесных пожаров. В перечень сведений были включены: 1) местонахождение пожара (лесничество, квартал); 2) даты обнаружения и ликвидации; 3) вид пожара; 4) преобладающая древесная порода; 5) площадь пожара (лесная и нелесная) (см. Приложение 2, таблица П.2.1).
В качестве характеристик фактической горимости использовались:
1) относительное число пожаров {частота пожаров), т.е. число пожаров, возникших на единице площади района {пож. /100 тыс. га) в среднем за сезон по многолетним данным (или за один конкретный сезон при характеристике данного сезона);
2) относительная площадь пожаров, т.е. площадь пожаров, приходящаяся на единицу площади района {га /100 тыс. га) в среднем за сезон по многолетним данным (или за один конкретный сезон - при характеристике сезона); иногда ее выражают в процентах от площади Гослесфонда на данной территории и называют "горимостъю ";
3) индекс горимости, отражающий относительный суммарный периметр пожаров (км на 100 тыс. га за сезон). Индекс горимости {ИГ) рассчитывался по частоте (Ч) и относительной площади (Г) пожаров: Иг = 0,3(4-Г) 5 (Софронов,Волокитина, 1990).
Для оценки фактической горимости по частоте, относительной площади пожаров и индексу горимости использовалась следующая шкала (Софронов, Волокитина, 1990):
Оценивалась и анализировалась динамика фактической горимости (частота пожаров, относительная площадь пожаров, индекс горимости) по годам. За основную принималась оценка по индексу горимости как обобщающая оценки по частоте и относительной площади пожаров.
Для анализа сезонного распределения количества и площади пожаров вначале суммировались количество и площадь пожаров по каждой декаде месяца за многолетний период. Затем полученные данные выражались в процентах от всего количества пожаров и их площади за 30 лет. Полученные ряды процентов выравнивались методом вычисления "скользящей", для более четкого выявления закономерностей и разделения пожароопасного сезона на периоды.
Для анализа территориального распределения пожаров, в том числе по высотным поясам, на схеме лесхоза отмечались места возникновения пожаров (в разрезе кварталов), причем отдельно наносились весенние и летне-осенние пожары.
Общее влияние элементов погоды на горимость лесов района оценивалось по корреляционной связи в пределах каждого месяца между количеством и площадью лесных пожаров, с одной стороны, и месячными величинами таких элементов погоды, как относительная влажность воздуха, сумма осадков, число дней без осадков, среднемаксимальная продолжительность бездождных периодов, с другой стороны. Для этого использовалась собранная многолетняя информация о погоде и горимости лесов.
Вначале был выполнен анализ российской системы по ежедневной оценке пожарной опасности в лесах, а также анализ разработок и предложений по методическому совершенствованию оценки. Затем проведена ретроспективная проверка эффективности использования различных метеорологических показателей пожарной опасности в районе исследований.
Методика. 1. Для расчета различных метеорологических показателей пожарной опасности с целью сравнительной проверки их работы вначале осуществлялся сбор многолетних метеорологических сведений по нижнему и верхнему лесным поясам.
Характеристика природных условий южного Прибайкалья
Общая пирологическая характеристика бассейна озера Байкал. Пирологический режим любого региона определяется его климатом, рельефом, гидрологическими условиями, характером растительности и хозяйственной освоенностью территории.
Рельеф. Бассейн оз. Байкал, имеющий широтную протяженность 1200 км, представляет собой горную страну. Основные формы рельефа: мощные горные хребты и обширные, глубокие, почти замкнутые котловины. Разница высот между днищами котловин и окружающими хребтами составляет 800-1000 м и доходит иногда до 1500 м. Горные системы имеют основную ориентировку с юго-запада на северо-восток, поперек господствующего направления ветров, поэтому они перехватывают осадки (Байкал..., 1993). Из-за горного рельефа годовые суммы осадков распределяются крайне неравномерно: около 350 мм выпадает в котловинах и до 800-1200 мм - в горах (хр. Хамар-Дабан). Глубокая расчлененность рельефа, а также пестрота растительного покрова, обусловленная сочетанием широтной зональности и вертикальной поясности, являются факторами, ограничивающими распространение возникающих пожаров на очень большие площади (Софронов, Антропов, Волокитина, 1999).
Климат. Общая климатическая характеристика бурятской части Байкальского региона дана в в монографии В. М. Жукова (1960). Наибольшее количество данных по климату (дифференцированных в разрезе метеостанций) содержится в двух "Агроклиматических справочниках": по Иркутской области (1959) и Бурятской АССР (1960).
Климат бассейна Байкала в целом довольно сухой, резко континентальный, с отрицательной годовой температурой. С сентября по апрель здесь располагается сибирский антициклон с холодной, малооблачной и безветренной погодой. Запасы воды в снеговом покрове к моменту снеготаяния на большей части территории очень скудны (от 20 до 60 мм). В мае - июне холодные сухие ветры обусловливают затяжную и засушливую весну. Именно весной наблюдаются годовой минимум относительной влажности воздуха (30-35 %, местами до 10 %) и самые сильные ветры в году; все это благоприятствует возникновению лесных и степных пожаров. Лето здесь теплое (+26 С), а в котловинах, где температура в июле достигает +37 С - жаркое. Но зато для июля и августа характерны юго-восточные муссоны, которые несут дожди и влажный воздух с Тихого океана. В данный период выпадает основное количество годовых осадков (50-55 %) и наблюдается годовой максимум относительной влажности воздуха; все это значительно снижает пожарную опасность. Заметно смягчен климат в прибайкальской части бассейна, но влияние Байкала распространяется только на полосу побережья и прибрежные склоны окружающих хребтов; более мягкий климат уменьшает пожарную опасность ("Агроклиматический...", 1959, 1960; Евдокименко, 1991,2000). Растительность. Сотрудниками Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН было выполнено лесорастительное районирование горных территорий Южной Сибири (включая бассейн Байкала). Бассейн Байкала относится к двум лесорастительным областям. В нём выделено пять лесорастительных провинций, часть которых разделена на лесорастительные округа. Дана также лесотипологическая характеристика каждого района (Смагин и др., 1980). По причине горного рельефа, лесотипологическая характеристика представлена в виде высотно-поясных комплексов типов леса (ВПК). Дно котловин занимают лугово-степной и подтаежно-лесостепной ВПК. Кедрово-пихтовый ВПК характерен для наветренных влажных макросклонов западной и северной экспозиций, а лиственнично-таежный ВПК - для более сухих восточных и южных макросклонов. Выше границы леса располагается тундрово-гольцовый ВПК, вдоль нижнего края которого обычны заросли кедрового стланика. Кедрово-таежный ВПК разбросан сравнительно небольшими участками по более низким водоразделам. В каждом районе выделялся свой набор ВПК, но при этом прослеживаются некоторые общие закономерности.
Огромная акватория озера Байкал оказывает заметное влияние на климат, поэтому в северной части озера Байкал прибрежные склоны имеют внизу узкий ложно-подгольцовый ВПК из чахлых лиственничников с примесью кедра. А в южной части Байкала нижнюю часть горных склонов занимает влажный таёжно-черневой ВПК из пихты и кедра.
Прибрежные склоны оз. Байкал в его северной, западной и южной частях имеют по одному горно-таёжному ВПК: смешанному (из темнохвойных и светлохвойных пород) или темнохвойному (на юге). Прибрежные склоны на восточном берегу и восточно-забайкальская часть бассейна имеют по два горно-таёжных ВПК: снизу - светлохвойный, выше -темнохвойный. В южном Забайкалье имеется по одному горно-таёжному ВПК из светлохвойных пород.
Похожие диссертации на Разработка мер по совершенствованию оценки пожарной опасности по условиям погоды в горных лесах Южного Прибайкалья
