5.2.6. Влияние солнечной активности на возникновение пожаров от гроз

Достаточно широко известны многочисленные и разносторонние исследования, направленные на выявление связей параметров состояния атмосферного электричества с солнечной и геомагнитной активностью, представленные в сборниках "Геомагнетизм и аэрономия" и "Труды ГГО", а также в ряде тематических публикаций (например, Марксон, 1982; Филиппов, 1990; Муллояров и др., 1998; Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002). Но подчеркнем, что среди доступных нам тематических публикаций работы по изучению имеющихся связей солнечной и геомагнитной активности с формированием условий возникновения лесных пожаров от гроз не встречались. В этом отношении, поиски зависимости грозовой пожароопасности от вспышечной активности Солнца и вызываемых ею магнитных бурь проводится впервые.

В качестве меры солнечной активности нами использовались дополнительные (косвенные), выявленные на этапе распознавания (раздел 5.2.4), солнечные индексы: номер земных суток солнечного оборота, поток радиоизлучения, число солнечных пятен. Мерой изменчивости геомагнитного поля служили общепланетарный геомагнитный индекс С9 и Dst-вариация. Использование индекса С9 продиктовано более четкой наглядностью результатов за счет меньшей шкалы по сравнению с индексом Ар.

Отметим, что использование данных индексов солнечной и геомагнитной активности позволяет проследить влияние как активности всего солнечного полушария (поток радиоизлучения, число солнечных пятен), обращенного к Земле, так и вариации состояния солнечного ветра (С9, Dst), соответствующей некоторой узкой зоне гелиоширот (номер земных суток солнечного оборота).

Влияние геомагнитной активности. Для сравнения количества грозовых лесных пожаров в дни с низкой и высокой геомагнитной активностью и оценки значимости возможных различий применялись методы непараметрической статистики по тесту Манна-Уитни (Боровиков, 2003). Была составлена таблица дней пожароопасных сезонов за 2001-2003 гг., характеризующихся геомагнитной активностью (индекс С9) и количеством лесных пожаров, возникших по причине действия разрядов молнии. Выборка была разделена на две группы по степени геомагнитной активности: дни с низкой активностью (С9<4) с соответствующим значением 0, и дни с высокой активностью (С9≥4) с соответствующим им значением 1. В качестве примера в таблице 15 приводится фрагмент полученной выборки.

Тест Манна-Уитни (группирующая переменная - характер геомагнитной активности, зависимая переменная - количество лесных пожаров от гроз) показал, что между количеством лесных пожаров от гроз в дни с низкой и высокой геомагнитной активностью существует различие с уровнем значимости р<0,1. При этом число таких пожаров в дни с низкой геомагнитной активностью превышает число пожаров в дни с повышенной геомагнитной активностью (средний ранг для дней первой группы составляет 442, для дней второй группы - 416).

Этот результат подтвердился и для распределения грозовых пожаров в зависимости от уровня возмущенности магнитного поля, характеризующегося Dst-вариацией. Дни рассматриваемых пожароопасных сезонов были разделены по величине индекса Dst на три группы. К первой группе, обозначенной кодом 0, были отнесены дни со спокойным полем, когда величина вариации принадлежала интервалу от -20 до +20 нТл. Во вторую (код -1) и третью (код 1) группы вошли дни с возмущенным полем, когда, соответственно, величина вариации была ниже -20 нТл и выше +20 нТл (табл.1). Важно отметить, что большие отрицательные значения Dst (группа -1) определяют дни магнитных бурь (Дубов, 1982).

Таблица 15

Фрагмент таблицы данных о грозовых пожарах и уровне магнитной возмущенности в дни пожароопасных сезонов 2001-2003 гг.

Дата C9 Dst Группы по С9 Группы по Dst Кол-во лесных пожаров от гроз
... ... ... ... ... ...
28.05.2001 5 -7 1 0 10
29.05.2001 2 -8 0 0 3
30.05.2001 0 -2 0 0 1
31.05.2001 0 7 0 0 4
01.06.2001 2 20 0 1 2
02.06.2001 5 -11 1 0 5
02.06.2001 5 -3 1 0 5
03.06.2001 1 -3 0 0 0
04.06.2001 2 4 0 0 0
05.06.2001 1 5 0 0 1
06.06.2001 1 3 0 0 6
07.06.2001 2 18 0 0 0
08.06.2001 2 4 0 0 0
... ...   ...   ...

Результаты сравнения среднего числа пожаров от гроз по выделенным группам приведены на рисунке 34. Так как в третью группу (Dst> 20 нТл) вошло только четыре дня, на которые приходился только один лесной пожар от грозы, то в дальнейшем эта группа не рассматривалась. Относительно дней магнитных бурь (группа -1) для магнитоспокойных дней наблюдается увеличение числа пожаров растительности, возникших по причине действия молний. Оценка достоверности полученных изменений по критерию Стьюдента выявила их статистическую значимость этого результата.


Рис. 34. Распределение средних значений числа пожаров от гроз по величине Dst-вариации, здесь
-1 - значения Dst-вариации меньше -20 нТл; 0 - значения Dst-вариации лежат в интервале от -20 нТл до +20 нТл

Детальный анализ таблицы исходных данных (фрагмент которой приведен в табл.1) показал, что пожары от гроз 2003 года, приуроченные к Чарышско-Теректинской зоне разломов, возникали в период сейсмического затишья (подробно см. раздел 5.2.3) в условиях магнитных бурь. То есть, именно грозовые пожары 2003 года дали основной вклад в величину среднего их числа для группы магнитоактивных дней (рис. 34).

В целом, полученный нами результат, несмотря на его предварительный характер (малая статистика), показывает, что геомагнитный режим оказывает косвенное воздействие на возникновение лесных пожаров от гроз. При этом большая часть пожаров от гроз возникает в дни с низкой геомагнитной активностью.

Влияние солнечной активности. С физической точки зрения характер зависимости грозовой пожароопасности от солнечной активности целесообразно изучать, сопоставляя среднемесячные значения индексов солнечной активности с числом пожаров от гроз за месяц пожароопасного сезона (Дубов, 1982; Владимирский и др., 2004). Такая постановка задачи продиктована более объективным изучением магнитовариационных (пятнообразовательных) процессов на Солнце за полный период его оборота (27 земных суток).

Нами рассматривались корреляционные связи между величинами индексов солнечной активности (поток радиоизлучения, число солнечных пятен) и числом пожаров от гроз за каждый месяц пожароопасных сезонов 2001-2003 годов. С целью дополнительной проверки предположения о том, что грозовая активность не является ведущим фактором в возникновении пожаров от гроз, рассматриваемые количественные данные были дополнены числом гроз. Была составлена матрица исходных данных (x0k, x1k, x2k, x3k), где k - номера месяцев (с мая по сентябрь) рассматриваемых пожароопасных сезонов 2001-2003 гг. (к=1..15); x0 - число пожаров от гроз; x1 - среднемесячное число солнечных пятен; x2 - среднемесячная величина потока радиоизлучения Солнца; x3 - число гроз за месяца пожароопасных сезонов. По матрице исходных данных были посчитаны выборочные парные коэффициенты корреляции rij (i,j = 0, 1, 2, 3). Кроме того, вычислялись частные коэффициенты корреляции rij(n) (i,j = 0, 1, 2, 3; n = 1, 2, 3), здесь n определяет величину, влияние которой исключалось. Результаты проведенных расчетов с учетом методики оценки статистической значимости корреляционных связей, изложенными в работе (Айвазян, Мхитарян, 2001), приведены в таблицах 16 и 17. Отметим, что построение доверительных интервалов (с уровнем доверия Р=0,95) для "истинных" значений rij проводилось с использованием z- преобразования Фишера. В этом случае корреляция считается статистически значимой, если доверительный интервал не содержит ноль (Айвазян, Мхитарян, 2001).

Таблица 16

Результаты проверки наличия корреляционной связи числа грозовых пожаров с величиной солнечной активности и числом гроз в месяца пожароопасных сезонов 2001-2003 гг.

Содержание коэффициента корреляции rij Доверительный интервал (Р=0,95)
Число пожаров от гроз - число солнечных пятен(r01) 0,36 (-0,01;0,73)
Число пожаров от гроз - поток радиоизлучения(r02) 0,15 (-0,39;0,61)
Число пожаров от гроз - число гроз(r03) 0,50 (-0,01;0,80)
Поток радиоизлучения - число солнечных пятен(r12) 0,94 (0,18;0,98)

Таблица 17

Частные коэффициенты корреляции числа грозовых пожаров с величиной солнечной активности и числом гроз в месяца пожароопасных сезонов 2001-2003 гг.

Содержание частного коэффициента корреляции rij(n) Доверительный интервал (Р=0,95)
Число пожаров от гроз - число солнечных пятен с исключением влияния потока радиоизлучения(r01(2)) 0,64 (0,14;0,9)
Число пожаров от гроз - число солнечных пятен с исключением влияния числа гроз(r01(3)) 0,26 (-0,02;0,7)
Число пожаров от гроз - поток радиоизлучения с исключением влияния числа солнечных пятен (r02(1)) 0,37 (-0,02;0,7)
Число пожаров от гроз - поток радиоизлучения с исключением влияния числа гроз (r02(3)) 0,12 (-0,5;0,61)
Число пожаров от гроз - число гроз с исключением влияния числа солнечных пятен (r03(1)) 0,45 (-0,06;0,8)
Число пожаров от гроз - число гроз с исключением влияния потока радиоизлучения (r03(2)) 0,52 (-0,04;0,8)

Статистически значимых парных корреляций (табл.16) между рассматриваемыми величинами не обнаруживается, что вероятнее всего связано с одной стороны с опосредованным влиянием солнечной активности на развитие гроз (Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002), с другой стороны с сильной статистически значимой корреляционной зависимостью между индексами солнечной активности (r12 = 0,94). Поэтому в попытках выявить характер связи солнечной активности с наращиванием риска пожарной опасности, были рассчитаны частные коэффициенты корреляции (табл.17). При исключении одновременного влияния потока радиоизлучения Солнца обнаружена статистически значимая положительная корреляционная связь числа грозовых пожаров со среднемесячным числом солнечных пятен (R=0,64). Это говорит о том, что на степень грозовой пожароопасности на территории Горного Алтая оказывают влияние солнечные процессы определенного класса.

Представляет интерес исследование связи возникновения лесных пожаров от гроз с секторной структурой солнечного оборота, полный период которого равен 27 земным суткам. Для этого рассматривалось распределение средних величин числа грозовых пожаров за пожароопасные сезоны 2001-2003 годов по 27 земным суткам, характерным для оборота Солнца (рис.35). Здесь также как и в случае выявления связи грозовой пожароопасности с геомагнитной активностью, среднее число пожаров от гроз вычислялось с учетом всех дней пожароопасного сезона.

Как показали вычислительные процедуры, по отношению к числу пожаров на территории Горного Алтая, солнечные меридианы неравнозначны по отношению к пожарам. Отчетливо прослеживается статистически значимое (по критерию Стьюдента) увеличение числа грозовых пожаров на 2, 7, 9, 10 и 12 земные сутки. Наблюдается и достоверное уменьшение числа пожаров от гроз в период с 3 по 6 сутки, а также с 14 по 20 сутки и с 23 по 27 сутки.

Таким образом, можно считать земной суточный интервал с 7 по 12 сутки "грозопожароопасным" меридианом на Солнце, способствующим увеличению вероятности возникновения очага горения, по причине действия молниевых разрядов. Накопление последующих данных о грозовых пожарах позволит уточнить полученный результат.


Рисунок 35. Распределение средних значений числа пожаров от гроз за полный период обращения Солнца (27 земных суток)