Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса 9
1.1. Метеорологические факторы, определяющие пожароопасность территории 10
1.1.1. Комплексные метеорологические показатели 14
1.1.2. Засушливость 16
1.1.3. Грозы 17
1.2. Перспективы применения спутниковой информации с. целью охраны лесов от пожаров. 21
2. Исходные материалы, методы исследования и физико-географическая характеристика района исследования 23
2.1. Характеристика метеорологических данных 23
2.2. Характеристика спутниковых данных о лесных пожарах 24
2.3. Методы, используемые в статистической обработке данных 27
2.4. Физико-географическая и климатическая характеристики Томской области 31
3. Связь лесных пожаров с метеорологическими величинами в Томской области, определение и прогнозирование пожарной опасности . 37
3.1. Спектральный анализ количества и площади лесных пожаров 38
3.2. Характеристика пожароопасных периодов 40
3.3. Оценка засушливости пожароопасного периода 43
3.4. Грозы и лесные пожары в Томской области 55
3.4.1. Грозовая активность в Томской области 55
3.4.2. Вероятность возникновения лесных пожаров от различных факторов 58
3.5. Определение пожарной опасности в Томской области комплексными метеорологическими коэффициентами 63
3.5.1. Коэффициент пожарной опасности лесов Нестерова 63
3.5.2. Индекс засухи Кетча-Бирама. 67
3.5.3. Сравнение индексов засухи Кетча-Бирама и КПО Нестерова и прогноз пожарной опасности 70
3.6. Оценка влияния изменений метеорологических величин на возникновение лесных пожаров. 75
3.7. Оценка и перспективы применения искусственно вызываемых осадков с целью тушения лесных пожаров в Томской области... 84
4. Природное районирование территории 93
4.1. Основные принципы районирования . 93
4.2. Районирование территории Томской области по степени климатической предрасположенности к возникновению лесных пожаров 95
Заключение. 103
Список использованных источников и литературы
- Метеорологические факторы, определяющие пожароопасность территории
- Характеристика метеорологических данных
- Спектральный анализ количества и площади лесных пожаров
- Основные принципы районирования
Введение к работе
Лесные пожары являются одной из серьезнейших проблем российских лесов. Лесные пожары ежегодно наносят громадный ущерб окружающей среде. Помимо прямого, включающего в себя потери древесины и животного мира, а также затраты на восстановление лесов, существует и косвенный ущерб в виде выбросов различных продуктов горения в атмосферу, таких как аэрозоли, парниковые газы, канцерогены.
Проблема лесных пожаров актуальна во всем мире. Так, во Франции насчитывается около 2800 лесных пожаров, а лесная площадь, пройденная огнем, составляет 28 тыс. га в среднем в год [142, 143]. В Германии ежегодно насчитывается порядка 508 лесных пожаров, в Испании ежегодно поражается огнем 218 тыс.. га, в Италии - 126 тыс. га, в Греции — 48 тыс. га лесных площадей [143]. В Корее в среднем в год насчитывается 336 лесных пожаров на площади 1,39 млн га [141]. В Монголии число лесных пожаров составляет порядка 250 на лесной площади, пройденной огнем, около 100 тыс. га [132]. В России на активно охраняемой территории лесного фонда ежегодно насчитывается 12-36 тыс. лесных пожаров, охватывающих площадь от 0,5 до 2,1 млн га лесных земель [129, 130, 134]. В Томской области, по данным Главного управления КПР за 1951-2002 гг., в среднем в год фиксируется порядка 380 лесных пожаров, поражающих 22,5 тыс. га лесной площади [126]. Максимальное количество лесных пожаров (1167), было зафиксировано в 1982 г., минимальное (61) в 1986 году.
Как видно из вышесказанного, проблема лесных пожаров остается актуальной для большинства стран мира, независимо от степени экономического развития и географического расположения. Подтверждением тому является состоявшаяся недавно конференция ООН по изменению климата, на которой одним из пунктов мер по сокращению выбросов диоксида углерода было реформирование и улучшение охраны леса, и усовершенствование системы лесного хозяйства. В связи с этим необходимо,
используя современные научные методы и решения, добиться максимально эффективной организации мероприятий по предотвращению лесных пожаров. С этой целью необходимо изучить весь спектр обстоятельств, способствующих возникновению лесных пожаров, включающий в себя подробный анализ метеорологических и других природных факторов на заданной территории.
Для определения угрозы возникновения лесного пожара был введен термин - пожароопасность, выражаемый его вероятностью [72].
В вопросе определения степени пожарной опасности одни ученые пошли по пути прогнозирования потенциальной пожарной опасности по изучению влагосодержания слоя основных проводников горения биогеоценоза [21, 44, 49,52]. Недостаток этой методики состоит в том, что факторы, используемые для прогнозов, являются следствием климатических условий и относятся к. косвенно действующим.
Метеорологические условия оказывают решающее значение на пожарную опасность в лесах и относятся к прямо действующим факторам. В основном влияние погодных условий связывают:
- с метеорологическими условиями, такими как: скорость ветра, температура и влажность воздуха, интенсивность солнечной радиации, осадки, а также их совокупности;
- с уровнем засухи, представляющим баланс факторов увлажнения и высыхания, вычисляемый с начала пожароопасного сезона и предопределяющий пожарную зрелость участков растительности [1,3,103];
- с грозовой активностью, при ударах молний в землю, являющихся источниками возгорания леса [1,103,104].
В нашем исследовании мы пошли по пути анализа действительной пожарной обстановки и ее прогноза на будущее, с использованием природно» метеорологических факторов в комплексе. Проведение такого рода исследований уже находило отражение в работах [27, 28, 29, 45, 47, 68, 85, 107, 110] в разное время, однако касалось изучения отдельных
метеорологических факторов, и не проводилась оценка их комплексного воздействия. Кроме того, существующее расхождение данных статистики лесных пожаров и материалов учета лесного фонда зачастую не позволяет достоверно оценить причинно-следственную связь природно-метеорологических факторов и лесных пожаров. Использование в настоящей работе современных геоинформационных, технологий, базирующихся на спутниковых данных о лесных пожарах, позволило оценить эту связь. Полученные закономерности носят физический характер, что позволяет их применять на территории других областей.
Целью работы являлась оценка предрасположенности территории к возникновению лесных пожаров по метеорологическим и другим факторам, на примере Томской области, а также разработка эффективного метода прогноза пожарной опасности. Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
К Изучались характеристики пожароопасного периода на исследуемой территории.
2. Исследовалась и оценивалась степень влияния метеорологических и других факторов на лесные пожары,
3. Исследовалась достоверность определяемой пожарной опасности по нескольким методам, проводилась их оценка с целью разработки уравнения прогноза пожарной опасности.
4. Проводился анализ распределения климатических величин по территории с целью поиска природных причин, способствующих возникновению лесных пожаров.
5. Оценивалось влияние изменения климатических величин на пожарную опасность территории.
6. Проводилось районирование климатической предрасположенности территории к возникновению лесных пожаров.
Информационной базой исследования послужили данные о лесных пожарах в Томской области со спутников серии NOAA с 1998 по 2002 года,
являющиеся альтернативой традиционному статистическому методу сбора данных о лесных пожарах и выгодно отличающихся от него ввиду оперативного ежедневного космического мониторинга лесных насаждений. Также в работе использовались среднесуточные данные 11 метеорологических станций Томской области.
Научная новизна результатов заключается в следующем:
— Впервые дана оценка влияния засушливости территории на пожароопасный период в Томской области.
— Впервые дана оценка максимально возможной вероятности возникновения лесных пожаров от грозовой активности в Томской области, а также проведена оценка значение антропогенного фактора как причины возникновения лесных пожаров.
— Впервые проведено районирование территории Томской области по пожарной опасности на основе климатических факторов.
— Впервые проанализирована эффективность прогнозирования пожарной опасности в Томской области с использованием нескольких комплексных метеорологических показателей пожарной опасности. Предложенный в работе новый метод прогноза пожарной опасности позволяет, с достаточной для практики достоверностью, спрогнозировать возможный рост числа пожаров.
На защиту выносятся следующие защищаемые положения:
— Причины возникновения лесных пожаров в Томской области в большей степени обусловлены антропогенными, а не природными факторами, такими как грозовая активность.
— Локализация числа очагов лесных пожаров по территории Томской области является следствием особенностей распределения основных погодно-климатических характеристик.
— Метод, основанный на комплексном учете метеорологических факторов, позволяет, с достаточной для практики достоверностью, спрогнозировать пожарную опасность территории
Практическая значимость работы. Результаты работы используются на территории Томской области и могут быть использованы для территорий других регионов, при планировании мероприятий по предупреждению возникновения лесных пожаров, оперативному прогнозированию пожарной опасности с целью маневрирования и правильного размещения сил и средств пожаротушения. Результаты подходят для планирования сроков проведения отдельных сельскохозяйственных работ, таких как отжиг стерни и соломы на полях.в весенний и осенний периоды. Кроме этого, результаты могут быть использованы в дальнейшей работе по изучению проблемы возникновения и распространения лесных пожаров. Отдельные разделы работы могут быть использованы в теоретических и практических курсах «Региональная климатология» и «Экология».
Результаты работы докладывались на научных форумах различного уровня: Научно-практической конференции «Проблемы
гляциогидрометеорологии Сибири и сопредельных территорий» (2002); VII и VIII Международных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (2003, 2004); Научной конференции «Проблемы геологии и географии Сибири» (2003); Всероссийской молодежной школе-семинаре «проблемы устойчивого развития в географической науке и образовании» (2004); Европейском семинаре по проблемам лесного хозяйства. Национальный офис лесного хозяйства г. Нанси, Франция (2003). Результаты исследования автора по теме диссертации опубликованы в 6 печатных работах, и еще 2 работы находятся в печати.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и ряда приложений. Объем диссертации составляет 129 страниц, включая 38 рисунков, 14 таблиц, 6 приложений. Список литературы насчитывает 144 наименования, из них 10 на иностранных языках.
Метеорологические факторы, определяющие пожароопасность территории
Условия погоды оказывают решающее значение на пожарную опасность в лесах. В основном влияние условий погоды связывают со следующими факторами: - с метеорологическими величинами, такими как: скорость ветра, температура и влажность воздуха, интенсивность солнечной радиации, осадки, а также их совокупность в различном сочетании [1, 31, 59, 67, 85, 117]; - с уровнем засухи, представляющем баланс факторов увлажнения и высыхания, который вычисляется с начала пожароопасного периода и предопределяет пожарную зрелость участков растительности [1, 3, 98, 103, 101,115]; - с грозами, которые являются природными источниками возгорания леса [1,45,47, 54,68, 103, 104, 107, 110].
По мнению Г.А. Мокеева [77], одним из важнейших факторов, влияющих на легкость воспламенения напочвенного покрова, является температура воздуха. С повышением температуры процесс высыхания горючих материалов напочвенного покрова идет быстрее, что, в наибольшей степени, обусловливает легкость и быстроту воспламенения.
По данным [36] влияние температуры воздуха на развитие пожара происходит за счет вовлечения в зону горения воздуха с различной температурой.
Однако, по мнению ряда авторов [63, 71, 98, 101, 103, 104], температура воздуха оказывает наибольшее влияние на пожарную опасность в сочетании с другими метеорологическими факторами, такими как низкая влажность воздуха или высокая скорость ветра.
Влияние влажности воздуха на процесс горения можно рассматривать в двух аспектах: - изменения концентрации реагирующих веществ; - понижение температуры реакции за счет затрат тепла на испарение влаги.
По данным исследования И.М. Ожогина [85] при относительной влажности воздуха 40-50%, существует возможность возникновения низового пожара, а при ее снижении до 30% пожарная опасность резко возрастает. При относительной влажности воздуха, равной 20%, низовые пожары переходят в верховые.
Распределение влажности с высотой определяет уровень конденсации в атмосфере и влияет на развитие лесного пожара. Чем выше влажность в пограничном слое атмосферы, тем ниже уровень конденсации и тем при меньших перегревах в дымовом шлейфе произойдет конденсация водяного пара. В пожароопасный период содержание водяного пара в реальной атмосфере может изменяться от 0 до 2% по объему. При этом концентрация кислорода в объеме воздуха изменится менее чем на 0,5%, а в основном изменится концентрация азота.
Влияние ветра на развитие лесного пожара сводится к изменению скорости горения и распространению лесного пожара по площади. Для учета влияния ветра на скорость горения вводят характеристику, отражающую процесс перемешивания зоны реакции с окружающим воздухом. В качестве такой характеристики принимается объем вовлечения воздуха на единицу высоты пламени [3].
Согласно исследованиям Э.Н. Валендика [1] увеличение скорости ветра в лесу оказывает существенное влияние на развитие процесса горения древесины за счет увеличения концентрации воздуха в зоне пламени. При оценке влияния скорости ветра на распространение лесного пожара необходимо учитывать наклон пламени, который увеличивает радиационный поток к древесине, вовлекаемой в процесс горения, с увеличением площади ее подготовки. В настоящее время нет достаточно точной формулы, учитывающей скорость распространения пожара под действием ветра, но имеется достаточно обширный экспериментальный материал.
Исследования, проведенные Э.Н. Валендиком [13], изучавшим проникновение и трансформацию ветра в сосняках, говорят, что скорость ветра сильно зависит от расстояния его проникновения в глубину древостоя.
Распределение скорости ветра с высотой оказывает большое влияние на высоту распространения дымовых шлейфов. При слабых ветрах на высотах дымовой шлейф достигает уровня конденсации при значительно меньших перегревах на начальных уровнях. Развитие дымового шлейфа выше уровня конденсации приводит к образованию в нем облака, т.е. появлению дополнительной подъемной силы за счет фазового перехода воды. Данное обстоятельство, при определенных условиях стратификации атмосферы, приводит к резкому усилению развития лесного пожара, а вероятность перехода низового пожара в верховой возрастает. Однако стратификация атмосферы не оказывает непосредственного влияния на процесс горения, а влияет на величину вовлечения воздуха в зону горения. Понижение давления в центральной части дымового шлейфа поддерживается благодаря центростремительному ускорению, которое создается за счет тангенциальной составляющей скорости. Дефицит массы в дымовом шлейфе, при определенных условиях, может не компенсироваться потоком воздуха через его боковую поверхность, что приводит к оттоку воздуха из нижних уровней дымового шлейфа, вплоть до зоны горения, а это обстоятельство приводит к увеличению притока воздуха и, как следствие этого, к усилению развития лесного пожара [36]. Изменение направления ветра у поверхности земли на 90 градусов и более следует считать опасным явлением погоды, так как усиливается развитие горения на флангах лесного пожара, становящихся его фронтом и имеющих большую протяженность.
Характеристика метеорологических данных
В настоящей работе использованы материалы наблюдений 11 метеорологических станций Томской области, любезно предоставленные кафедре метеорологии и климатологии Томского государственного университета Западно-Сибирским межрегиональным территориальным управлением по гидрометеорологической службе и мониторингу окружающей среды г. Новосибирск. В настоящей работе материалами для исследования послужили данные о лесных пожарах в Томской области со спутников серии NOAA за 1998— 2002 гг., предоставленные федеральным учреждением «Томское управление сельскими лесами» и Главным управлением по делам ГОЧС Томской области.
Наблюдения проводились путем зондирования рассматриваемой территории с помощью космических спутников. Информация с многоканальных метеорологических спутников серии NOAA ежедневно поступала на станцию приема SCANEX, где дешифрировалась.
Данные включают в себя географические координаты очагов лесных пожаров в Томской области, даты их возникновения и ликвидации. Отбраковка «ложных» точек производилась в момент сбора и анализа информации со спутников, а также путем проверки полученной информации о лесных пожарах работниками лесных служб на местах. В виду технических особенностей спутников NOAA разграничение пожаров по площади не производилось. Разделение пожаров на низовые, верховые и подземные не проводилось, а к понятию лесной пожар было отнесено любое неконтролируемое горение растительности на территории Томской области.
С целью выявления периодичности очагов и площади лесных пожаров в работе были исследованы многолетние данные о лесных пожарах в Томской области за 1951-2002 гг., предоставленные Главным управлением природных ресурсов Томской области.
Обобщенный анализ и. практический опыт лесоохранных работ позволяют определить ряд технических требований к космическому мониторингу по обнаружению лесных пожаров и оперативной передаче информации до потребителей.
При проектировании и создании отделов космического мониторинга по обнаружению лесных пожаров лимитирующим, по отношению к техническим параметрам, фактором являются энергетические и излучательные характеристики лесного пожара. Большое значение имеют также и другие характеристики лесных пожаров (площадь и скорость их распространения).
Обозначенные характеристики могут быть приняты следующими: 1) средняя термодинамическая температура пламенной зоны на фронте лесного пожара - 1100 К, углеродистой зоны - 800 К, пульсации температуры в газовой фазе - 200 К; 2) средняя частота пульсации - 10 Гц (доля теплового излучения в тепловой энергии, выделяющейся при горении, - 20-40%); 3) средняя термодинамическая температура пламенной зоны в тыловой части пожара до 1000 К, углеродистой зоны - 800 К; 4) интервальные значения коэффициентов излучения составляют для пламени - 0,8 и для углеродистой зоны - около 1,0; 5) источник излучения - серое тело; 6) коэффициент пропускания инфракрасного (ИК) излучения пологом леса — 0,6; 7) коэффициент излучения - 0,7; 8) наименьшая площадь источника излучения - 300 м2.
По мнению многих авторов, космические снимки, полученные со спутников серии NOAA, с успехом могут применяться для мониторинга различных процессов, происходящих в лесных экосистемах [46, 64, 112, 118], в том числе и для обнаружения лесных пожаров [2, 6,40,42, 88,102, 111].
Исследованиями СВ. Афонина, В.В. Белова [5, 6] установлено, что эффективность применения спутниковых технологий для оперативного мониторинга лесных пожаров и раннего их обнаружения в Томской области, результативность применения AVHRR/NOAA для космического мониторинга лесных пожаров лежат в пределах 30-50%.
Однако основу детектирования лесных пожаров составляют снимки AVHRR в средней ИК-области (3,35-3,93 мкм) [40, 96, 102], этот спектральный канал обладает максимальной чувствительностью к объектам, нагретым до температуры 800-1200 К, которыми и являются лесные пожары.
В работе [112] А.И. Сухунин показывает, что очаг, имеющий температуру горения 1000 К по всей площади высокотемпературной зоны, равной 1 га, обнаруживается с вероятностью 95% в условиях безоблачной атмосферы.
Оснащение спутников серии NOAA аппаратурой AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) позволяет получать информацию об оптических характеристиках растительности и действующих пожарах. Радиометр AVHRR имеет пять спектральных каналов: 0,58-0,768 мкм, 0,725 1,10 мкм, 3,35-3,93 мкм, 10,3-11,3 мкм, 11,5-12,5 мкм. Полоса обзора при каждом пролете спутника составляет около 2400 км, при этом просматривается вся территория Западной и Восточной Сибири порядка 6 раз в течение суток. Вероятность обнаружения лесного пожара зависит от его площади. По данным работы [112] вероятность обнаружения пожара площадью, превышающей 50 га, составляет более 80% в условиях безоблачной, но задымленной атмосферы. Пожары менее 5 га обнаруживаются с вероятностью менее 45% по причине малой доли площади высокотемпературной зоны. При этом доля площади высокотемпературной точки может служить показателем интенсивности тепловыделения на кромке пожара.
Периодическое повторение метеорологических явлений через некоторые промежутки времени продолжительностью от нескольких часов до сотен лет давно привлекали внимание метеорологов как основа для долгосрочных прогнозов.
Это привело к тому, что в начале XX века спектральная теория получила широкое развитие. Именно с этого времени была установлена прямая связь между спектральным разложением и поведением реальных колебательных систем. Развитие спектральных представлений сыграло огромную роль, благодаря им сложные колебательные явления стали доступны пониманию широких кругов физиков и геофизиков.
Метод спектрального анализа временных рядов основан на разложении временных рядов с помощью преобразования Фурье [10, 87, 119], в основе которых лежит предпосылка, что ряд наблюдений можно с любой точностью представить гармониками всего периода, охваченного наблюдениями.
Спектральный анализ отличается внутренним единством, простотой связи, его описание близко по характеру к привычным для человека зрительным образам. Он позволяет обнаружить периодические составляющие в случайном процессе с помощью визуального анализа оценок спектра рядами синусоидальных и косинусоидальных кривых.
Спектр короткого отрезка процесса - за небольшое время от его начала -однороден, так как короткий отрезок любого процесса есть просто короткий импульс. Если в дальнейшем происходит периодическое повторение некоторого цикла явлений, то на текущем спектре начинают формироваться максимумы на основной частоте и ее гармониках. Эти максимумы становятся все более острыми и высокими, а значения спектральной плотности в интервалах между максимумами все убывают и - лишь в пределе т — оо, сплошной текущий спектр вырождается в линейчатый спектр периодического в строгом смысле процесса [119].
Спектральный анализ количества и площади лесных пожаров
В настоящее время принято выявлять периодичность в распределении разного рода физических величин. С целью выявления периодичности в появлении максимумов числа очагов и площади лесных пожаров в работе были привлечены многолетние данные о лесных пожарах в Томской области за 1951-2002 гг.
В результате проведенного спектрального анализа были выявлены квази-трех- и -шестилетние циклы периодичности в распределении очагов лесных пожаров и квази-двух- -трех, и -семилетние циклы в распределении площадей лесных пожаров в Томской области.
Анализируя представленные рисунки, можно сказать, что в Томской области следует ожидать повышенное, по сравнению со среднемноголетними значениями, число очагов лесных пожаров с периодичностью, равной трем и шести годам. Также каждые два, три и семь лет следует ожидать роста площади, пройденной лесными пожарами.
Полученные результаты спектрального анализа, в комплексе с прогнозируемой пожарной опасностью по метеорологическим величинам, могут улучшить оправдываемость прогнозов лесных пожаров.
Весь пожароопасный период можно разделить на два подпериода - весенний и летний. Первые лесные пожары обусловливаются весенним ходом природно-климатических условий и наличием первых источников открытого огня в лесу. В Томской области сход снежного покрова происходит обычно в начале мая, хотя первые лесные пожары возникают на освободившихся от снега участках уже в апреле. Горимость леса в Томской области в течение пожароопасного периода распределяется неравномерно, имея два ярко выраженных максимума горимости в мае и июле (46,8 и 29,7% от общего среднемноголетнего числа пожаров, соответственно). Наличие первого максимума горимости объясняется тем, что в середине мая на лесных и прилегающих к ним территориях появляется много источников открытого огня: работающая на полях техника, весенние сельскохозяйственные палы и посещение лесов отдыхающими. Наличие второго максимума горимости обусловлено повышением в июле активности населения (выпас скота, сенокос и др.)
Начиная с последней пятидневки апреля, число лесных пожаров возрастает, эту дату можно условно считать началом весеннего периода пожарной опасности. К концу мая наступает первый максимум в годовом ходе числа очагов лесных пожаров, затем количество лесных пожаров резко сокращается и в первой пятидневке июня составляет всего два очага, эту дату можно считать концом весеннего периода пожарной опасности и началом летнего периода. Такое малое количество очагов лесных пожаров обусловлено выпадением первых летних дождей и интенсивным ростом лиственного и травяного покрова. К концу июня количество пожаров опять возрастает и достигает второго максимума в третьей пятидневке июля. После этого число лесных пожаров начинает медленно уменьшаться до последней пятидневки августа, когда выпадают, как правило, обильные обложные осадки [27]. Отсутствие или меньшее, по сравнению со среднемноголетней нормой, выпадение осадков в сентябре может повлечь за собой наступление, осеннего периода увеличения горимости лесов, хотя в Томской области это происходит крайне редко. За рассматриваемый период число очагов лесных пожаров в сентябре составило 0,37% от общего среднемноголетнего числа очагов за пожароопасный период, поэтому выделять отдельный осенний период повышения горимости нецелесообразно.
Пространственное распределение очагов лесных пожаров представлено на рис. П. 1.1, из которого можно видеть, что распределение лесных пожаров по территории Томской области носит ярко выраженный очаговый характер. Массовые возгорания отмечаются в южных районах области: Кожевниковском, Томском, Зырянском, Первомайском.
В настоящей работе мы используем методику оценки засушливости, предложенную Л.И. Сверловой [98], которая провела оценку засушливости периодов за 1946-1983 гг. на Дальнем Востоке, предложила классификацию засух, связав засушливые периоды с пожарной опасностью.
Согласно ее методике, днем с атмосферной засухой, или сухим днем, считается такой день, когда хотя бы в один из сроков наблюдений относительная влажность воздуха понижается до значения 30% и менее. О начале и конце засушливого периода можно судить по датам наступления и прекращения дней с относительной влажностью 30% и менее. За начало засушливого периода принимается первый день с атмосферной засухой или суховеем, после которого, или двух последующих дней, не будет перерыва более 14 дней. За конец засушливого периода принимается последний день с атмосферной засухой и суховеем, перед которым, или двумя предыдущими днями, не последует перерыва более 14 дней. Такой подход к оценке продолжительности вполне правомерен при длительности засушливого периода в течение 2,5-3,5 месяцев, перерывы внутри засушливого периода от 1 до 14 дней равны двум синоптическим периодам.
Основные принципы районирования
Главной задачей любого районирования является объединение в территориальные единицы площадей и участков, сходных по каким-то характеристикам. Пирологическая характеристика, по мнению [104], должна отражать условия возникновения, развития и распространения лесных пожаров, их вероятные последствия, а также условия борьбы с ними. Далеко не все перечисленные характеристики следует использовать в качестве районообразующих признаков и критериев, поскольку это слишком сложно, а главное - не обязательно.
Независимыми природным фактором является лишь геооснова, т.е. состав геологических пород, и их внешняя форма - рельеф, а все остальные факторы прямо или косвенно связаны с ней и друг с другом. Поэтому, выделяя районы по какому-нибудь природному фактору, мы в разной степени учитываем и другие.
В методическом плане выделяют два типа районирования: индивидуальное и типологическое [104]. При типологическом районировании выделяют участки или территории, сходные по какой-то типовой характеристике. При типологическом районировании используют, как правило, небольшое число факторов.
Индивидуальное районирование проводится по обширному комплексу факторов, причем чаще всего учитывается качественная характеристика. При этом территория делится на районы, обладающие индивидуальными неповторимыми чертами.
Может применяться и смешанный вид районирования, когда индивидуальные районы объединяются в какие-либо группировки по отдельным признакам, например по преобладающей форме рельефа (горные или равнинные территории).
Для районирования территории необходимо выделить признаки, по которым оно проводится, затем установить по ним различия, достаточные для выделения районов, а затем принять оптимальные, а иногда и максимальные размеры районов. При комплексных природных раионированиях, к которым относится пирологическое районирование, число признаков может быть очень большим.
При районировании территории выделяют фоновые характеристики, т.е. не относящиеся к единице площади, и нефоновые характеристики, которые непосредственно связаны с площадью. К фоновым характеристикам относят климатические показатели: количество осадков, температуру и влажность воздуха. К нефоновым характеристикам относятся лесистость, запас биомассы и другие, имеющие отношение непосредственно к растительности исследуемой территории.
Другим общеизвестным примером районирования является принцип зонального районирования. Принцип зональности выражается в закономерном и постепенном изменении климата и растительности в меридиональном направлении. Однако в принципы зонального распределения климатических величин зачастую вмешивается фактор геоосновы: величина, форма и взаимное расположение континентов, неравномерность рельефа, характер поверхности горных пород [103].
Сравнивая распределение очагов лесных пожаров 1998-2002 гг. с зонами природно-сельскохозяйственного районирования в Томской области [114], представленного на рис. П. 6.1, можно видеть, что зональный принцип не приемлем для пирологического районирования Томской области, поэтому необходимо выбрать другой.
По мнению М.А. Софронова, А.В. Волокитиной [104], важнейшей пирологической характеристикой является характеристика природной пожарной опасности, которая, в свою очередь, предопределяется характером растительности территории. Распределение растительности по территории зависит от климатических условий, характера рельефа и физического состава почв, поэтому зачастую районирование пожароопасное территории проводится только по характеру распределения растительности, подразумевая все определяющие ее факторы.
На рис. П. 6.2, представлено районирование территории Томской области по природной пожарной опасности, используемое в управлении министерства природных ресурсов Томской области. Районирование произведено на основании инструкции по устройству лесного фонда [97], однако из рисунка можно видеть, что такой принцип также не вполне объясняет распределение очагов лесных пожаров по территории. Максимальное количество очагов лесных пожаров приходится на районы с 3 (умеренным) классом, тогда как на 4 (высокий) класс природной пожарной опасности приходится небольшое число лесных пожаров.
Не подходит для районирования пожарной опасности и другие существующие районирования Томской области, например природно-ресурсное, описанное А.Г. Дюкаревым, Ю.А. Львовом, Н.Н. Пологовой и др. [92].
В основу принципов районирования территории Томской области по степени климатической предрасположенности к возникновению лесных пожаров легла оценка фактической горимости территории, а также распределение по территории ряда метеорологических характеристик и комплексных метеорологических показателей, рассмотренных в третьей главе настоящей работы. На рис. 4.1 и 4.2 представлено среднее многолетнее распределение значений климатических характеристик на территории Томской области за вегетационный период 1998-2002 гг.
На основании распределения исследованных метеорологических величин территорию Томской области можно разделить на два больших района, которые условно можно обозначить как «северо-западный» и «центрально-восточный». Третий район выделяется на основании распределения из всех исследованных нами климатических характеристик, по сумме максимальных температур воздуха выше 25 С и индексу лесных пожаров FFI за вегетационный период, который условно можно обозначить как «южный».
В пользу правильности суждения о том, что распределение количества лесных пожаров на территории Томской области является следствием климатических характеристик, говорит тот факт, что количество лесных пожаров составило как 18,9% в «северо-западном», 31,1 % в «центрально-восточном» и 49% в «южном» районах от общего числа очагов лесных пожаров за период 1998-2002 гг.
Особенность территориального распределения очагов лесных пожаров можно объяснить, привлекая, помимо исследованных в работе климатических факторов, данные о распределении удельного веса переувлажненности почв в общей площади административных районов Томской области [114], представленные на рис. П. 6.3. Для удобства анализа, данные о переувлажненности почв и количестве очагов лесных пожарах, были представлены в виде диаграммы, представленной на рис. 4.1.
Из анализа рис. 4.3 следует, что районы с минимальным переувлажнением почвы, наиболее подвержены пожарам. Почвы выделенных нами ранее «северо-западного» и «центрально-восточного» районов более переувлажнены по сравнению с «южным» районом.
