Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 7
2 Объекты и методика исследований 19
2.1 Объекты исследований 19
2.2 Программа исследований 23
2.3 Методика исследований 24
3 Повреждение крон хвойных деревьев конвективным потоком 34
3.1 Временные параметры устойчивости почек к конвективному потоку 38
3.2 Влияние интенсивности низового пожара на повреждение кроны 46
3.3 Выводы 52
4 Устойчивость разных видов хвойных к конвективно-радиационному потоку лесного пожара при его воздействии на стволы деревьев 54
4.1 Особенности воздействия тепловых потоков пожара на стволы деревьев в зависимости от их диаметра 57
4.2 Определение параметров поражения дерева расчетным методом 61
4.3 Влияние толщины коры на теплоустойчивость 64
4.4 Зависимость теплоустойчивости дерева от породы 69
4.5 Выводы 72
5 Влияние кондуктивного теплового потока на температурный режим почвы и корни деревьев при низовых пожарах 74
5.1 Влияние кондуктивного теплового потока на почву 74
5.2 Влияние кондуктивного теплового потока на корни деревьев при подстилочно-гумусовых пожарах 82
5.3 Выводы 86
6 Плотность теплового излучения при низовых пожарах 89
6.1 Поток теплового излучения при различных условиях горения 93
6.2 Воздействие теплового излучения 97
6.3 Выводы 100
7 Классификация лесных пожаров по преобладающим тепловым потокам 101
7.1 Критерии для прогнозирования гибели деревьев на пожарах 105
Список литературы 110
Приложение а 127
Приложение б 131
Приложение в 133
- Методика исследований
- Влияние интенсивности низового пожара на повреждение кроны
- Определение параметров поражения дерева расчетным методом
- Влияние кондуктивного теплового потока на корни деревьев при подстилочно-гумусовых пожарах
Введение к работе
Лесной пожар - это процесс горения, стихийно распространяющийся по лесной территории. Влияние его на окружающую среду огромно и может происходить на глобальном, региональном и местном уровнях. Непосредственно в зоне пожара на древостой воздействуют тепловые потоки, которые повреждают деревья или приводят их к гибели в зависимости от вида пожара.
Известно, что существуют три механизма переноса тепла от пожара: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность. Конвективный теплоперенос, прежде всего, выносит в атмосферу продукты горения и нагревает полог древостоя, стимулируя переход низового пожара в верховой. Поток теплового излучения непосредственно воздействует на камбиальный слой дерева, что приводит к его гибели. Передача тепла теплопроводностью в почву изменяет её химический состав и структуру, влияя на микрофлору и фауну почвы, и повреждает поверхностные корни деревьев.
Немного работ (Davis et al., 1959; Vines, 1968; Санников, 1973; Евдокимен-ко, 1975; Фуряев и др., 1976; Гире, 1982), посвящено исследованию прямого воздействия тепловых потоков пожара на жизнедеятельность древесных растений. Они содержат мало данных о температурах нагрева, которые могут вынести живые ткани ствола, хвоя, почки, а также корни. Но эти данные имеют первостепенное значение для прогнозирования степени повреждения вегетативных органов деревьев при лесных пожарах. Что говорит об актуальности этих ис і следовании, которые направлены на выявление устойчивости хвойных деревьев к воздействию лесных пожаров.
Цель работы. Целью настоящей работы является количественная и качественная оценка воздействий тепловых потоков лесных пожаров на вегетативные органы: лиственницы сибирской (Larix sibirica), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), кедра сибирского (Pinus sibirica), пихты сибирской (Abies sibirica), ели сибирской (Picea sibirica) и выявление условия их гибели при пожарах разного вида и интенсивности.
Задачи исследований.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. определить влияние конвективного теплового потока пожара на кроны деревьев;
2. оценить действие радиационно-конвективного потока на камбиальный слой стволов деревьев;
3. а) выявить уровень передачи тепла в почву при лесных пожарах;
б) оценить воздействие теплопроводности на корни деревьев при подстилоч-но-гумусовых пожарах;
4. измерить плотность потока теплового излучения на пожарах разного вида.
Научная новизна: Впервые дифференцированно рассматривается воздействие низового пожара на вегетативные органы: лиственницы сибирской, сосны обыкновенной, кедра сибирского, пихты сибирской, ели сибирской в зависимо сти от вида теплопередачи. Определены временные параметры гибели вегетативных органов деревьев при воздействии на них тепловых потоков пожара и разработаны критерии для прогнозирования гибели деревьев по параметрам пожара.
Практическая значимость. Результаты исследования воздействия тепловых потоков на крону, ствол, корни дерева позволяют предвидеть возможные их повреждения и гибель в зависимости от вида пожара и его интенсивности.
Разработанная классификация лесных пожаров по преобладающим тепловым потокам дополняет существующие классификации лесных пожаров и позволяет прогнозировать воздействие пожара на деревья.
Разработаны критерии, по которым возможно прогнозировать гибель деревьев непосредственно по параметрам пожара.
Защищаемые положения:
1. Тепловая устойчивость вегетативных органов деревьев определяется их структурой, видом пожара и интенсивностью теплопередачи.
2. Индикатором повреждения вегетативных органов является вид теплопередачи, который дифференцированно воздействует на определенные органы дерева.
Результаты исследований представлялись и докладывались на конференциях: 5-я международная конференция «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Томск, 2003); международная конференция «Proceedings, Society of American Foresters 2003 Na tional Convention» (Buffalo, 2003); конференция молодых ученых «Исследование компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2003,2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем рукописи составляет 134 страницы и включает 21 таблицу, 34 рисунка и список использованной литературы, содержащий 133 источника, в том числе 36 иностранных.
Методика исследований
Для оценки структуры и запаса напочвенных ЛГМ на участках применяли методики, описанные в литературе (Van Wagner, 1968; Курбатский, 1970; McRae et. al., 1979; Braun et. al., 1981).
Во время экспериментов определяли высоту пламени, скорость распространения горящей кромки и время пламенного горения. Метеонаблюдения проводили перед началом каждого опыта. При проведении опытов за основу были взяты уже существующие методики термопарных и калориметрических измерений (Hare, 1965; Михеев и др., 1968; Конев, 1974; Сухинин, 1975; Фуряев и др., 1976; Борисов и др., 1984; Исаков, 1985; Stocks et. al, 1995; Брюханов и др., 2002), которые были дополнены и улучшены.
Для измерения температурного режима в живых тканях деревьев и в почве использовали мультиметр М-838, с хромель-алюмелевой термопарой заводского изготовления, диаметром 0,3 мм. Для каждого вида измерений прибор по необходимости дорабатывали. Его характеристика указана в приложении Б.
Диапазон летальных температур для живых тканей различных растений широк - 52-60С (Devis, 1959; Александров, 1964; Levitt, 1972; Гире, 1982), При измерении температуры вегетативных органов за летальную принята максимальная температура 60С, как надежно фиксирующая гибель камбия.
Для определения температурного режима в почках хвойных деревьев нами была создана установка, где конвективный тепловой поток формировался от газовой горелки с постоянной интенсивностью горения (рисунок 2.6).
На пожарах, если рассматривать центральную часть горящей кромки при горении большого участка, нагретые газы поднимаются плотным потоком. Их перемешивание с окружающим воздухом не так сильно как на крайних точках горения. В лаборатории происходит рассеивание и ослабление конвективного потока (2) из-за смешивания с прохладным окружающим воздухом. Для созда ния плотности потока поднимающихся газов, сходного с существующим на пожаре, его необходимо было сконцентрировать, с помощью усечённого конуса (3), установленного над газовой горелкой. Этим достигался эффект усиления потока с
Побег с термопарой (4) крепился горизонтально поверхности и перпендикулярно над центром теплового потока на высоте, где температура конвективного потока соответствовала заданной. Высоту крепления кронштейна с термопарами на стойке для заданной температуры регулировали в соответствии с проведенной калибровкой высоты по температуре конвективного потока.
Воздействие на камбиальный слой ствола деревьев хвойных пород проводили нагревом ствола конвективно-радиационным тепловым потоком газовой горелки, с температурой потока 600±50С. Температуру теплового потока измеряли на поверхности коры дерева непосредственно над термопарой, которая находилась под корой.
Температуру на поверхности коры и в камбиальном слое измеряли хро-мель-алюмелевыми термопарами диаметром 0,3 мм с регистрацией их показаний на цифровых милливольтметрах. Для этих целей была разработана методика (Косов и др., 2004) на основе применявшихся ранее методов (Hare, 1965; Фу-ряев и др., 1976), с учетом их недочетов и ошибок.
Под кору в камбиальную зону вводилась термопара на высоте 30 см от шейки корня, в место с наиболее тонкой корой, так как наибольшее воздействие оказывается на данной высоте на них по сравнению с толстой корой. Ниже это-го места убиралась кора до камбия на площади размером от 1 до 1,5 см , затем в камбиальной зоне тонким железным стержнем (диаметром 1 мм) отодвигалась кора от луба создавая проход на расстояние 2,5-3 см. Схема опыта представлена на рисунке 2.7. Рисунок 2.7 - Схема измерения температуры камбиального слоя: 1 - термопара в камбиальной зоне, 2- термопара на поверхности коры, 3 -милливольтметры, 4 - конвективно-радиационный поток, 5 - камбиальная зона.
И в это отверстие вставлялась термопара, при сохранности кольцевой целостности коры она плотно сжималась корой в камбиальной зоне. Провода от термопары пропускались на другую сторону ствола по отверстию, проделанному возрастным буром. Поверхность со стороны нагрева закрывалась удаленным ранее куском коры и окончательно изолировалась глиной и асбестовой пластиной, закрепленной на стволе. Термопарные провода, пропущенные по отверстию на другую сторону дерева, соединялись с цифровым милливольтметром. Температура газового потока на поверхности коры замерялась над местом рас положения термопары под корой в камбиальной зоне. 2.3.3 Измерение температуры почвы
Площади контролируемых пожаров, в зависимости от условий среды (запасов ЛГМ, метеоусловий и др.) находились в пределах от нескольких до десятков квадратных метров. Измерение температуры под слоем опада и горизонтом почвы (А0, А,) до 10 см проводили с помощью хромель-алюмелевых термопар, а для регистрации показаний термопар использовали цифровые милливольтметры .
Термопары в виде батареи из четырех штук вкапывались на разные глубины на участке. Соединительные провода также заглублялись в почву и выводились за границы участка, где и соединялись с милливольтметрами, смонтированными на едином щитке. Наблюдатель с приборами защищался от воздействия тепла щитом. Высота пламени фиксировалась мерной вешкой, установленной на фланге горящей кромки. Показания термопар фиксировали через каж дые 15-30 секунд в зависимости от скорости движущейся кромки и высоты пламени. Перед каждым огневым опытом проводили наблюдения за температурой и влажностью воздуха и скоростью ветра с помощью метеодатчиков. При движении горящей кромки пожара измеряли температуру пламени, и время пламенного горения на участке, где размещались термопары.
Влияние интенсивности низового пожара на повреждение кроны
Теплостойкость почки пихты очень низкая, и это объясняется тем, что её чешуйки плотно прилегают к стеблю и покрыты тонким слоем смолы, что способствует её быстрому нагреву. Таким образом, теплостойкость почек зависит от их морфологических особенностей.
Время прогрева почек до летальных температур, даже при температуре потока 60С не превышает 120-160 секунд. Существенную роль в защите почки от высоких температур играет охвоение побега. Хвоя прикрывает почку, что увеличивает время её прогрева.
Также установлено, что при температуре теплового потока 100С почка на охвоенном побеге нагревается до 60С за 45 секунд, а отдельная почка за 20 секунд. Примерно такая же разница в нагреве защищенных хвоей и незащищенных почек кедра. Поэтому можно предположить, что и почки лиственницы в весенний период, когда отсутствует хвоя, будут нагреваться до летальной температуры значительно быстрее, чем у пород охвоенных круглый год.
Как известно температура в конвективном потоке пожара зависит от интенсивности горения. По данным Г.А. Ивановой (2005), температура в конвективном потоке низового пожара, в зависимости от интенсивности горения, уже на высоте 10 метров может достигать 456С. При такой температуре гибель почек и хвои неизбежна (таблица 3.6). Таблица 3.6 - В таблице есть возможность сравнить небольшое расхождение расчетных и экспериментальных данных на высоте 10 м. Данное расхождение обусловлено коэффициентом аппроксимации, изменяющимся от 0,75 до 0,96, и его можно считать удовлетворительным. Таким образом, можно сделать вывод о том, что дерево может погибнуть не только при верховом пожаре, когда хвоя в кроне воспламеняется от воздействия пламени при температурах 1000С, но и при низовых пожарах, когда температура в конвекционной колонке пожара в десять раз меньше, но приводит к гибели почек.
Для прогнозирования жизненного состояния крон деревьев по параметрам горения на пожаре необходимо ввести понятие как «временная устойчивость температуры» в конвекционном потоке, в пределах протяженности кроны. Этот параметр будет зависеть от интенсивности горения на кромке пожара, скорости движения горящее кромки и скорости конвекционного потока и времени продвижения горящей кромки по всему диаметру и проекции кроны (рисунок 3.8).
В качестве примера из возрастных категорий деревьев удобней выбрать дерево из приспевающего древостоя. Его верхние охвоенные веточки будут находиться на высоте (hj) 15-20 метров. Этот параметр меняется в зависимости от породы дерева и сомкнутости древесного полога.
Необходимым и важным условием будет являться глубина кромки (В). Параметры горения, такие как скорость продвижения кромки, высота пламени, интенсивность горения зависят от состава древостоя и захламленности. Но также параметры горения можно определить по классификации силе пожара (Курбатский, 1962). Где сила пожара разделена по виду пожара на три уровня: слабая, средняя и сильная. Каждой силе пожара соответствует свой диапазон скоростей продвижения кромки (VKp) и высоты пламени (ппл). По Н.П. Курбат-скому, низовой пожар по силе характеризуется следующими параметрами: слабый низовой: VKp= 1 м/мин, hnj]= 0,5 м; средний низовой: VKp= 1,5 м/мин, ппл= 1,5 м; сильный низовой: VKp= 3 м/мин, ппл= 3 м. Скорость подъема разогретых газов конвективного потока можно не учитывать, так как мы рассматриваем нагрев почки не с начала зажигания, а с момента начала нагрева.
В нашем случае, при продвижении кромки конвективный поток поднимаясь вверх и достигая заданной высоты, начинает нагревать почки. Нагрев начинается, когда газы с передней части кромки достигли объекта. Так как точка нашего измерения находится на определенной высоте над кромкой и не под вижна, то можно предположить, что объект будет прогреваться пока кромка не пройдет, и он не выйдет из зоны действия поднимающихся газов. То есть при глубине кромки 1 метр это расстояние можно спроектировать в крону с некоторым углом наклона подъема газов.
Установлено, что повреждение крон у хвойных деревьев до отмирания происходит не только при верховых пожарах, но и при сильных низовых пожарах (подлесно-кустарниковых). Почки хвойных деревьев в зависимости от их диаметра гибнут уже при температуре конвективного потока 60С через 80-100 секунд.
Продолжительность нагрева почек сосны до летальной температуры при температуре конвективного потока 60-80С находятся в пределах 40-80 секунд, почки кедра - 70-100 секунд, а почек пихты - 32-55 секунды. Степень повреждения или гибели кроны будет зависеть от временной устойчивости температуры в конвекционном потоке пожара в пределах протяженности крон. Почки деревьев хвойных пород в период вегетации (июль-август) более теплостойкие, чем почки в спящем состоянии (апрель-май). Для прогнозирования жизнеспособности крон по параметрам пожара можно использовать зависимость температуры в конвекционном потоке от ширины горящей кромки, её скорости и интенсивности горения. 4 Устойчивость разных видов хвойных к конвективно-радиационному потоку лесного пожара при его воздействии на стволы деревьев
На некоторых пожарах, очень трудно определить какой вид теплопереноса преобладает, конвективный или радиационный. Это относиться, в первую очередь, к низовым напочвенным пожарам, когда при ветре пламя наклонено и тепловой поток нагревает лишь нижнюю часть ствола. Такой же механизм нагрева деревьев можно наблюдать в горах при распространении поверхностного пожара вверх по склону. В этих случаях можно говорить о воздействии на древостой смешанного конвективно-радиационного потока. И если он достаточно продолжительный, могут погибнуть деревья любой породы и возраста.
Основным защитным слоем дерева является его кора. Теплоизолирующие свойства слоя коры зависят от её толщины, структуры, плотности и влажности. Эти характеристики коры широко варьируют по породам, условиям роста и, возможно, по фенофазам. Поэтому строить классификацию теплостойкости деревьев по физическим свойствам коры очень сложно (Chang, 1954).
Определение параметров поражения дерева расчетным методом
Расчётный метод определения параметров поражения дерева определенной породы требует знания связующих параметров: физических параметров коры, связи толщины коры с диаметром ствола, параметров низового пожара (скорость, температура пламени). Связь между временем прогрева коры и её толщиной выражается формулой (Софронов, 1977):
По известным тепловым коэффициентам коры (Сосунов, 1968), начальная температура и температура окружающей среды во время прохождения пожара, длительность теплового воздействия, то можно производить тепловые расчеты для определения времени необходимого для гибели камбиального слоя клеток.
Среднее значение экспериментальных наблюдений для времени прогрева коры сосны толщиной 5 мм из таблицы 4.2 составляет t« 2 мин. Расхождение расчётных и экспериментальных данных связано с тем, что расчетные данные не учитывают такой фактор, как флуктуация пламени. Вызванное движением воздуха и приводящее к снижению температуры пламени, влияющие на время нагрева камбия до летальной температуры.
Полученные во время экспериментов данные лучше всего описываются степенной функцией, со степенью аппроксимации от 60 до 91%. Отношение между другими параметрами (возраст, диаметр и др.) не заслуживают внимания, так как имеют низкую степень аппроксимации (менее 0,5). На рисунках 4.5-4.9 показана зависимость времени поражения дерева от теплового воздействия пожара. Данные времени нафева камбиального слоя до температуры 60С представлены в таблице 4.3. Из таблицы видно, что даже усредненные данные сильно варьируют. Перепады по толщине коры при увеличении диаметра показывают, насколько толщина коры одного дерева может варьировать на одной высоте. Так на одном дереве встречаются участки с максимально и минимально толстой корой. Осо бенно это часто бывает у светлохвойных пород, кора которых имеет неоднородную структуру по толщине живой коры из-за различной толщины омертвевшей её части.
При увеличении толщины коры ожидалось нарастание времени нагрева камбиального слоя до температуры 60С, но оказалось что такое явление наблюдается не всегда. Некоторые значения времени нагрева выпадают из последовательности числового ряда, как например время нагрева лиственницы при толщине коры 4 мм. Из графиков также виден большой разброс данных при одинаковой толщине коры. Это объяснятся несовершенством методики измерений и невозможностью создать одинаковые условия проведения эксперимента. Пламя горелки постоянно пульсирует, его невозможно зафиксировать и создать равномерный тепловой поток. Присутствие ветра сбивает пламя и охлаждает поверхность дерева. Температура окружающего воздуха тоже вносит свой вклад в изменчивость данных, во время экспериментов она варьировала от 20 до 25С.
Однако выше перечисленные факторы оказывают незначительное влияние на качество эксперимента. Об этом можно судить по данным нагрева камбиальной зоны стволов кедра, пихты и ели. Эти данные имеют более последовательный строй с величиной соответствия данных более 80%.
Время прогрева камбиальной зоны ствола до 60С в зависимости от толщины коры у светлохвойных пород Одинаковая толщина коры у различных пород при равном диаметре не обеспечивает одно и то же время нагрева камбиальной зоны до 60С. Различия в структуре коры сказываются на её защитных свойствах.
Наиболее теплостойкими являются светлохвойные породы: лиственница и сосна, имеющие толстый корковый слой (рисунок 4.10). Менее теплостойки темнохвойные породы - ель, кедр и пихта (рисунок 4.11). Высокая теплостойкость ствола лиственницы и сосны определяется толщиной коркового слоя в комлевой части дерева, где соотношение луба и корки почти не зависит от диаметра ствола, например, при диаметре 18-56 см - соотношение составляет от 12% до 15% (Сосунов, 1967).
Выявленная зависимость между временем прогрева камбия и толщиной коры и полученные временные параметры дают основание говорить о гибели деревьев лиственницы и сосны с диаметром до 6 см и деревьев кедра, пихты и ели до диаметра 8 см от слабых низовых пожаров. При пожарах средней силы будет происходить гибель деревьев лиственницы и сосны диаметром до 12 см и в меньшей мере - до 16 см, а деревьев кедра, пихты и ели - до диаметра 18 см. Деревья большего диаметра получают ожоги с образованием подсушин.
Время достижения температуры 60С определяется главным образом толщиной коры и её теплопроводностью, и в меньшей степени - интенсивностью пожара. Результаты расчётов показывают, что если время выгорания лесных горючих материалов составляет в среднем 120 секунд для большого диапазона условий горения (Конев и др., 1978), то можно оценить критическую толщину коры для низовых пожаров средней силы. Эта толщина коры составляет ориентировочно 6-8 мм для светлохвойных пород, 8-10 мм для тёмнохвойных и зависит от морфоструктуры и влагосодержания коры. Резко повышает теплостойкость ствола корка. Корковый слой у сосны и лиственницы может достигать нескольких сантиметров, предохраняя камбиальный слой от ожога, даже при сильных низовых пожарах. Это необходимо учитывать как при борьбе с пожарами, так и при проведении предписанных и контролируемых выжиганий, которые дают возможность, хотя бы частично сохранить древостой.
Влияние кондуктивного теплового потока на корни деревьев при подстилочно-гумусовых пожарах
К подстилочно-гумусовым пожарам, по классификации И.С. Мелехова (1947), относятся низовые пожары, когда горение охватывает лесную подстилку, и огонь проникает в зону гумусового слоя, где наиболее часто объектом горения является грубый гумус. Подстилочно-гумусовые пожары наиболее губительны для древостоя, когда деревья имеют поверхностную корневую систему. В этом случае корни деревьев находятся непосредственно под слоем подстилки или прикрыты тонким слоем минеральной почвы. При горении подстилки повреждается корневые лапы и деревья погибают (Курбатский, 1962; Буряк и др. 2004). На гарях можно наблюдать упавшие деревья без видимых повреждений стволовой части, это происходит при подстилочно-гумусовых пожарах. А также при пожарах на мерзлотных почвах, где могут повреждаться мелкие корни (Абаимов и др., 1998). В связи с вышесказанным, исследование воздействия пожара на корни деревьев актуально, так как позволит по виду пожара и параметрам горения прогнозировать отпад деревьев после пожара.
Исследования нагрева камбиальной зоны корней при моделировании под-стилочно-гумусового пожара в пихтарнике мелкотравно-зеленомошном (рисунок 5.1) проводили у пяти хвойных пород: лиственницы, сосны, кедра, пихты, ели. Деревья с которыми проводили эксперименты имели поверхностную корневую систему. Из таблицы видно, что увеличение толщины коры зависит от возраста и диаметра ствола дерева, что и определяет её" теплозащитные свойства. Толщина слоя лесных горючих материалов (ЛГМ) на участках колебалась от 4 до 10 см. Максимальный запас горючих материалов - 4,5 кг/м2. Верхняя часть корневых лап деревьев, находящаяся над поверхностью земли, была покрыта слоем опада, мха и подстилки (рисунок 5.2).
Для определения времени прогрева камбиальной зоны корневых лап до летальной температуры при подстилочно-гумусовых пожарах мы использовали методику термопарных измерений (Косов и др., 2004).
В таблице 5.5 приведены средние значения характеристик процесса горения и влагосодержания ЛГМ и коры. Как видно из таблицы, высота пламени не превышала 38 см, что, по классификации Н.П. Курбатского (1962), соответствует низовому пожару слабой силы. Длительность пламенного горения в зависимости от влагосодержания опада и мха колеблется от 0,5 до 1,5 минут. Летальная температура камбиальной зоны 60С наступает при температуре на поверхности коры корневых лап от 142 до 238С и зависит от параметров горения и влагосодержания ЛГМ Таблица 5.5 - Длительность нагрева камбиального слоя корневых лап до температуры 60С во Характеристики процесса горения Влагосодержан ие, %
Как видно из рисунка прогрев поверхности коры происходит интенсивно и пик температуры на поверхности коры наблюдается раньше, чем температура камбиальной зоны достигнет 60С (рисунок 5.3). Это объясняется инертностью процесса, вследствие малой теплопроводности коры. Наблюдались единичные случаи совпадения пика температуры на поверхности коры и температуры камбиальной зоны, происходившие при быстром и полном прогорании слоя подстилки.
Продолжительность горения варьирует от состояния горючих материалов. При увеличении влагосодержания ЛГМ время необходимое для нагрева камбиальной зоны до температуры 60С. Тепловое воздействие на камбиальные ткани корней также зависит от влагосодержания и толщины коры. При повышении влагосодержания коры требуется дополнительное время на испарение влаги, что уменьшает скорость прогрева.
Горение при подстилочно-гумусовом пожаре протекает в двух режимах: пламенном и беспламенном. Время пламенного горения составляет 2-5%, время беспламенного горения нижней части мха и подстилки составляет 95-98% от общего времени горения. Беспламенное горение может продолжаться несколько десятков минут и за это время в камбиальной зоне температура достигает летального значения. Это объясняет то, что даже при слабых подстилочно-гумусовых пожарах древостой погибает от повреждения корней.
Подстилочно-гумусовые пожары являются наиболее губительными для насаждения, так как поражают корневую систему всей растительности и Рисунок 5.4 - Последствия подстилочио-гумусового пожара в смешанном сосново-березовом древостое
Последствия торфяного пожара в смешанном елово-березовом древостое древесной и кустарниковой. Хотя эти пожары (по высоте пламени и скорости распространения) можно отнести к слабым низовым пожарам и они не повреждают стволы деревьев, но повреждение корней приводит к гибели деревьев как хвойных, так и лиственных пород независимо от их возраста.
Тепловое излучение лесного пожара - поток электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, испускаемый пламенем и светящимися углями. Падая на поверхность вещества это излучение, поглощается им и преобразуется в тепловую энергию, вследствие чего температура вещества повышается.
По Г.А. Амосову (1958) на перенос тепла излучением приходится 14-17%. Э.В. Конев (1972) и А.И. Сухинин (1972) установили, что доля излучения в тепловом балансе зависит от условий горения и изменяется от 10% вблизи пределов горения, до 40% вдали от него. При типичных условиях горения его доля составляет порядка 20-30%. У других авторов (Fang, 1969; Грузин, 1983; Гришин, 1985), по данным лабораторных экспериментов величина радиационно-теплового излучения находиться в пределах 10-45% от общего теплового потока. Экспериментальные исследования интенсивности радиационного теплового потока на лесных пожарах показали, что на слабых низовых пожарах при высо-те пламени 0,3 м и расстоянии от него 0,6 м излучение составляло 0,4 кВт/м , а при высоте пламени 1,2 м и расстоянии от него 1,8 м интенсивность излучения составляла 4,6 кВт/м (King, 1966). Верховой пожар может создавать радиаци-онный тепловой поток более 40 кВт/м (Budd, Cheneg, 1983). По некоторым расчетам, пламя лесного пожара высотой 2 м должно создавать радиационный поток на расстоянии 6 м от кромки 60 кВт/м2 (Tassioss, Packham, 1964).
