Согласно исследований условий возникновения лесных пожаров от гроз (Грибанов, 1955; Листов, 1967; Захаров, Столярчук, 1977; Столярчук, Камышанова, 1984а, 1984б, 1984в; Иванов, 1991, 1996; Коршунов, 2002) и условий развития грозовой деятельности (Марксон, 1982; Филлипов, 1990; Муллояров и др., 1998; Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002) факторы формирования грозовой пожароопасности различных участков территории можно разделить на две группы:
стандартизованные факторы, которые постоянно регистрируются и не требуют дополнительных исследований; к ним, например, относят стандартные метеопараметры грозовой активности (среднегодовое число дней с грозой, средняя многолетняя продолжительность гроз), классы пожарной опасности и фактические данные горимости лесов на территории исследуемого региона;
и не стандартизованные факторы (дополнительные), которые требуют дополнительных исследований и включают в себя гелиогеофизические характеристики, обуславливающие пространственно-временное распределение грозовых явлений, и параметры, обуславливающие грозопоражаемость территории (например, такие как, наличие геомагнитных аномалий, геологическое строение территории, гранулометрический состав почвы и т.п.)
Далее рассматривается подробное описание и актуальность привлечения указанных факторов грозовой пожароопасности отдельных участков леса.
С точки зрения стандартного подхода (учет стандартизованных факторов) формирование участков с повышенной грозопожароопасностью определяется типом горючего материала, его способностью к воспламенению, а также повторяемостью и интенсивностью грозовой активности (Иванов, 1996). Учет характеристик грозовой активности опирается на стандартные требования к наблюдению и регистрации гроз по сети гидрометеостанций, обслуживающих тот или иной регион. Ряд исследователей (Алехина, 1982; Иванов, 1996; Коршунов, 2002; Кочеева, 2002) для оценки грозовой активности изучаемых территорий использовали следующие стандартные статистические метеопараметры:
На основе данных о грозовых явлениях для каждой метеостанции исследуемой территории нами были выполнены расчеты основных статистических параметров гроз:
Отметим, что мы не включили в качестве параметров число месяцев с грозой и величину максимальной непрерывной продолжительности одной грозы, так как эти величины не вариативны (для всех ГМС региона они составляют, соответственно, четыре месяца и 23 часа).
Для выявления участков наиболее подверженных возникновению лесных пожаров от гроз авторами (Иванов, 1996; Коршунов, 2002) изучаются закономерности их пространственно-временного распределения. Анализ горимости лесов от пожаров, возникших от грозы, предусматривает сезонную и суточную динамику возникновения грозовых лесных пожаров, а также их распределение по классам пожарной опасности и по типам леса. Исследование пространственного распределения пожаров от гроз приурочено к территориям лесхозов, лесничеств, а также региональных авиационных баз и их авиаотделений. Таким образом, проводится сравнительная оценка опасности возникновения грозовых лесных пожаров на охраняемых территориях.
С целью выявления участков наиболее подверженных возникновению лесных пожаров от гроз на территории Горного Алтая в базу стандартизованных пространственных данных грозовой пожароопасности были включены отчетные данные по горимости лесов за 2001-2003 гг., предоставленные Алтайской авиалесоохраной. В целом отчетные данные о лесных пожарах содержат характеристики местоположения, обнаружения и обслуживания пожара. В базу данных грозовой пожароопасности для определения параметров пространственно-временной локализации лесных пожаров были включены сведения о координатах лесного пожара, дате, времени и площади пожара при обнаружении, величины расстояния до ближайшего населенного пункта и транспортных путей, а также сведения о причине пожара. С целью характеристики лесорастительных условий были добавлены данные о преобладающей породе деревьев, о типе напочвенного покрова и о классах пожарной опасности (КПО) в момент обнаружения пожара.
По результатам многих исследователей (Иванов, 1996; Камышанова, Столярчук, 1984; Волокитина, Софронов, 2002) первостепенное значение в условиях определяющих возможность загорания растительности от действия молниевого разряда имеет влажность горючих материалов, которая находится в прямой зависимости от состояния погоды до, во время и после прохождения грозы. Связь погодных условий и опасности возникновения лесных пожаров отражена в шкалах пожарной опасности (классы пожарной опасности - КПО), определяемых на основе комплексного показателя В.Г. Нестерова или показателях влажности ПВ-1 и ПВ-2 (Щетинский, 2001). Классы пожарной опасности учитывают влияние количества осадков и температурного режима на процесс высыхания основных проводников горения (Волокитина, Софронов, 2002), к которым относят: травяную ветошь, опавшую листву и хвою, мелкие веточки, мхи, лишайники, стебли трав и различных кустарничков. Ежедневно в течение пожароопасного сезона для каждой ГМС исследуемого региона Росгидрометом осуществляется вычисление классов пожарной опасности.
Авторами (Волокитина, Софронов, 2002), в ходе дополнительного изучения условий высыхания основных проводников горения, были введены поправки (табл. 3) для оценки их "пожарного созревания" в зависимости от фенопериода, крутизны и экспозиции склонов. Внесение данных поправок обусловлено тем, что в процессе высыхания основных проводников горения доминирующую роль играет лучистая энергия Солнца. На поступление прямой солнечной радиации значительное влияние оказывают крутизна и экспозиция склонов. Кроме того, учтено различие в поступлении лучистой энергии Солнца на северные и южные склоны весной и осенью. Заметим, что высота и экспозиция склонов оказывает существенное влияние и на грозовую деятельность (Алехина, 1982).
Таким образом, с целью учета влияния геоморфологических особенностей местности на пожарное созревание отдельных участков леса на основе цифровой карты рельефа (масштаба 1: 10 км) были построены цифровые карты экспозиции и уклона склонов. Согласно данным табл. 2 шкала значений тематической цифровой карты уклона склона представлена интервалами в 50, тематический слой экспозиции склонов содержит градацию по 45°.
Таблица 3
Поправки на крутизну и экспозицию склонов,
по сравнению с горизонтальными участками для районов 50-60° с.ш.
по (Волокитина, Софронов, 2002)
Период |
До 30.04 и после 01.09 |
С 01.05 по 31.08 |
||
| Экспозиция | С и СВ | Ю и ЮЗ | С и СВ | |
Крутизна, град. |
20-30 | Более 30 | Более 25 | Более 30 |
Пожарное созревание |
Позже на один класс засухи* |
Позже на два класса засухи |
Раньше на один класс засухи |
Позже на один класс засухи |
* - класс засухи соответствует КПО
Для практического применения результатов исследований БД была дополнена административной картой региона. При этом на административной карте выделены организации, осуществляющие охрану лесов, к которым относятся лесхозы, лесничества и авиаотделения Алтайской авиалесоохраны. При этом атрибуты этих тематических слоев содержат индентификаторы, которые определяют структурную принадлежность служб охраны леса.
В связи со значительной недоизученностью самой физики грозы и тонких причин возникновения гроз потребовалось разомкнуть пространство стандартизованных факторов, часть которых являются следствием более скрытых качеств геолого-геофизической среды и солнечно-земных связей (дополнительные факторы).
С целью учета возможного влияния на возникновение лесных пожаров от гроз геомагнитного поля Земли (ГМП) (Иванов, 1991) в БД грозовой пожароопасности были включены данные по региональным магнитным аномалиям, характеризующим постоянную, медленно меняющуюся составляющую ГМП. Для территории Горного Алтая характер влияния аномального магнитного поля на возникновение лесных пожаров от гроз изучался на основе количественных характеристик геомагнитных аномалий, полученных согласно данных цифровой карты (М 1: 1 000 000 м) и схеме районирования (М 1 : 5 000 000 м) напряженности аномального магнитного поля (ΔТ)а.
В качестве переменной составляющей ГМП использовалась апериодическая вариация поля Dst. Как отмечают авторы работы (Бенькова, Шевнин, 1984), "Dst - вариация на поверхности Земли является суммарным полем трехмерной токовой системы, включающей токи на поверхности магнитосферы, вдоль магнитных силовых линий, нейтрального слоя хвоста магнитосферы и магнитосферный кольцевой ток, который является преобладающим источником поля" (с.48). Считается, что изменение интенсивности Dst-вариации в пределах от -20 нТл до +20 нТл, характеризует магнитоспокойные дни, выход за пределы этого диапазона определяет дни магнитных бурь. В связи с этим исходные значения Dst - индекса были переведены в бинарную шкалу (0 - спокойное поле; 1 - возмущенное поле). Кроме того, в качестве меры геомагнитной активности рассматривались планетарные геомагнитные индексы Ар и С9.
С учетом постановки задачи исследования связи грозовой активности исследуемого региона со вспышечной активностью Солнца (Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002) также важно проследить влияние Солнца на возникновение лесных пожаров от действия молниевых разрядов. Для этого нами учитывались следующие солнечные индексы: поток радиоизлучения на волне 10,7 см, число и суммарная площадь солнечных пятен, номера земных суток солнечного оборота. Так как вспышечная активность Солнца тесно связана с вариацией космических лучей, которые вносят некоторый вклад в радиационный фон внешней среды, то в БД были включены параметры интенсивности космических лучей.
Во взаимосвязях проявлений атмосферного электричества с экзогенными процессами представляет интерес выявленный эффект локализации наземных грозовых разрядов в энергоактивных зонах (Соколовский, Сапожников, 1991; Баласанян, 1990; Дмитриев и др., 1992). Под энергоактивной зоной понимают широкий класс геологических образований, к которым, прежде всего, относят месторождения полезных ископаемых, зоны глубинных тектонических нарушений, участки высокой трещановатости с водонасыщенностью, а также оползни и т.п. При этом отмечается, что активно протекающие механоэлектрические и физико-химические процессы в отдельных напряженно-деформированных областях земной поверхности приводят к усилению и, возможно даже, к изменению структуры и знака поля в некоторой окрестности приземной атмосферы (Соколовский, Сапожников, 1991; Кабанов и др., 2000; Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002). В местах большей концентрации приземного заряда увеличивается интенсивность электромагнитных импульсов (ЭМИ), которая является "индикатором" потенциально опасных по грозопоражаемости участков.
Для пространственного определения потенциально опасных по грозопоражаемости участков в БД была включена цифровая карта геологического строения территории Горного Алтая (М. 1 : 500 000 м) и сформированные на ее основе тематические слои главных геологических разломов и крупных интрузий.