Система пирологических характеристик и оценок как основа управления пожарами в бореальных лесах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.03.03, доктор сельскохозяйственных наук в форме науч. докл. Софронов, Марк Адрианович

• Софронов, Марк Адрианович
• доктор сельскохозяйственных наук в форме науч. докл.
• 1998

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук в форме науч. докл. Софронов, Марк Адрианович

Актуальность темы. Проблема пожаров растительности (включая лесные пожары) в глобальном масштабе до сих пор остается нерешенной. В мире почти ежегодно бывают крупные вспышки пожаров. Особенно актуальна проблема пожаров в бореальной зоне и, прежде всего, в многолесной России. В последние годы значительно возросла активность пожаров в Сибири в связи с усилением засух и по причине резкого сокращения ассигнований на лесопожарную охрану.

Главные трудности в решении проблемы обусловлены, во-первых, очень неравномерным распределением пожаров в пространстве и во времени; во-вторых, недоступностью многих территорий для наземного транспорта и, в-третьих, способностью отдельных пожаров растительности быстро увеличивать свои размеры, распространяясь на очень большие площади, что делает брак в контролировании пожаров недопустимым в принципе [25]*.

Анализ самой проблемы и мирового опыта лесопожарной охраны убеждает, что решение проблемы возможно только при условии совершенствования и широкого применения методов оценки и прогнозирования пожарной опасности, прогноза поведения пожаров и их возможных последствий. При этом в качестве методологической и методической основы информационной базы для управления пожарами желательно использовать обобщенную и согласованную систему пирологических характеристик и оценок. Эта система должна включать различные характеристики и оценки (включая методы их получения и использования), по которым можно судить о возможности и вероятности загорания растительного покрова, о вероятном характере горения, об условиях распространением горения по территории и о вероятных последствиях горения - в зависимости от погоды и уровня засухи, по периодам сезона и с учетом географических особенностей. Сюда же относятся оценки фактической горимости растительного покрова и ущерба, наносимого :;.<арами.

Пирологические характеристики и оценки являются, по сути, характеристиками растительности, если под растительностью понимать динамичную (в пространстве и во времени) совокупность растений вместе с динамичной средой их обитания (включая в понятие среды как прямые, так и •свенные факторы, в том числе антропогенные). Очевидно, что для практиках целей наиболее важны пирологические характеристики и оценки как ■ дельных небольших участков растительности, так и целых районов.

• гки на забзты. включённые в «Список с тсст автооа.»

Состояние вопроса. Многие разработки, имеющие отношение к пи-рологическим характеристикам и оценкам, выполнялись в разных странах, включая Россию (СССР), параллельно. Причем почти в каждой стране осуществлялся свой оригинальный методический подход в соответствии с географическими, историческими и экономическими условиями, что ограничивает возможности заимствования и обобщение материалов и результатов разработок. Наибольший интерес представляют разработки сложных систем оценок пожарной опасности в лесах и прогноза поведения пожаров, которые включают ряд подсистем и блоков. Так в США с 1972 года существует национальная система NFDRS (National Fire Danger Rating System), содержащая набор блоков по оценкам различных факторов и расчетам серии индексов. С 1989 года в нее вошла подсистема по прогнозу развития верховых пожаров -MET AFIRE System, содержащая блок LASI - Lower Atmospheric Severity Index (Rothermel, 1991). В Канаде используется система CFFDRS (Canadian Forest Fire Danger Rating System). Она состоит из четырех подсистем. Первой была разработана в 1971 году и дополнена в 1984 году подсистема индексной оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды - FWI (Canadian Forest Fire Weather Index System). В 1984 году появилась вторая подсистема -прогноза поведения лесного пожара - FBP (Canadian Forest Fire Behavior Prediction System). Современная ее версия включает оценки запаса сгорающих при пожаре растительных горючих материалов (РГМ), скорость и интенсивность пожара для 18 типовых комплексов РГМ (Fuel Туре), а также модели развития пожаров, в том числе верховых. Третья подсистема - Assessory Fuel Moisture System - оценивает влагосодержание РГМ, отличных от «стандартного» типа, а также показывает динамику влагосодержания: суточную, сезонную, географическую и ландшафтную. Четвертой является подсистема по прогнозированию возникновения лесных пожаров - FOP (Forest Fire Occurrence Prediction System). Она должна прогнозировать количество возникающих пожаров от молний и человека. Эта подсистема еще разрабатывается (Van Vagner, 1987; Stocks and al., 1989; Stocks and Hartley, 1995).

В России (СССР) вопросы, связанные с пирологическими характеристиками и оценками, начали изучаться в предвоенные и послевоенные годы (Мелехов 1947, 1949; Нестеров, 1949; Курбатский, 1954 и др.). Особенно активно проводились пирологические исследования в 60-70-е годы в Сибири и на Дальнем Востоке под общим, а также непосредственным руководством проф. Н.П.Курбатского. Сильная группа пирологов работала в Лен-НИИЛХе (С.М. Вонский, Е.С.Арцыбашев и др.). Акад. И.С.Мелехов руководил пирологами в МЛТИ и АИЛиЛх'е. В настоящее время в связи с труднейшим финансовым положением науки пирологические исследования значительно сократились.

Благодаря трудам И.С.Мелехова, Н.П.Курбатского, В.Г.Нестерова, С.П.Анцышкина, Г.А.Амосова, С.М.Вонского, А.А.Жданко, Е.С.Арцыба-шева, Г.Н.Коровина, Г.П.Телицына, М.А.Шешукова, Э.В.Конева, А.М.Гришина, Э.Н.Валендика, В.В.Фуряева, Г.А.Доррера, А.В.Волокитиной, П.М.Матвеева, Ю.А.Михалева, Н.И.Вялых, А.И.Сухинина, П.А.Цветкова, М.Д.Евдокименко, Г.А.Ивановой и других (включая автора настоящей работы), были изучены для разнообразных географических условий России общие закономерности возникновения и распространения пожаров растительности, частично - их развития и последствий, исследована физика горения многих видов растительных горючих материалов. Накоплен обширный материал по пирологической характеристике типов леса, по связи горимости растительного покрова с климатическими факторами, по природе лесных пожаров в горах юга Сибири, на севере Европейской части, в Забайкалье, на юге Западной Сибири, в Приангарье, на севере Средней Сибири. Развивается классификация растительных горючих материалов и изучается их высыхание, увлажнение и горение в природных условиях, разработаны методы их картографирования и т. д. Сравнительный анализ убеждает, что разработки наших ученых в теоретическом плане во многом совершеннее зарубежных, но по ряду причин велико у нас отставание в деле накопления информации о фактическом поведении пожаров, особенно высоко интенсивных.

Необходимо обратить внимание на то, что информация, относящаяся к пирологическим оценкам и характеристикам, имеет в России на данном этапе, в общем, довольно разнородный, разнокачественный и по некоторым аспектам неполный характер; сами пирологические оценки и характеристики пока не представляют собой единую, цельную, внутренне согласованную и практичную систему, наподобие американской или канадской систем. (Сейчас по инициативе Г.Н.Коровина (1998) формируется «Система охраны лесов от пожаров (СОЛП)», но она посвящена, в основном, организации лесопо-жарной охраны на федеральном уровне).

Целью исследования и являлось создание обобщенной, внутренне согласованной и практичной Системы пирологических характеристик и оценок (СПХиО) для России. Система должна выполнять функцию информационной базы при оценке и прогнозировании пожарной опасности, при прогнозе поведения пожаров и их возможных последствий. Она может входить в качестве подсистемы в СОЛП.

Для достижения указанной цели решалась задача по разработке научных основ для отечественной Системы пирологических характеристик и оценок, а также задача по созданию первого варианта такой Системы путем анализа, систематизации, уточнения, дополнения и согласования существующих понятий, терминов, характеристик и оценок; путем совершенствования существующих и выполнения новых методических разработок с учетом их практической направленности; все это на основе анализа и обобщения базы фактических материалов. Поставленные задачи выполнены.

Защищаемые положения (решенные задачи):

Теоретические и методические основы для системы пирологиче-ских характеристик и оценок (СПХиО), включая:

1) разработку структуры Системы, уточнение, дополнение и систематизацию понятий и терминов (в том числе сложного понятия «пожарная опасность»);

2) подсистему пирологических характеристик и оценок погоды и климата (с выделением пирологических фенопериодов, использованием усовершенствованного лесопожарного показателя засухи и новой единицы -класса засухи, выполняющего функцию связующего элемента в системе понятий и единиц);

3) подсистему характеристик и оценок природной пожарной опасности для однородных участков растительности и для их совокупностей (районов) на основе разработанной классификации растительных горючих материалов и изученного влияния факторов увлажнения и высыхания;

4) подсистему прогноза поведения пожаров, в которой используются установленные характеристики базовой скорости и интенсивности тепловыделения при низовых пожарах, а также переменные коэффициенты влияния факторов (ветра, относительной влажности воздуха, уклона); кроме того, учитывается динамика пирологической расчлененности территории;

5) подсистему характеристик и оценок реальной пожарной опасности: текущей - на основе типовых районных шкал с сопоставимыми классами; средней - на основе карт растительных горючих материалов и карт опасности загораний;

6) подсистему характеристик и оценок фактической горимости и последствий пожаров, с использованием разработанных шкал по оценке горимости и индекса горимости, шкал по оценке степеней повреждения древо-стоев и таблиц по более точному прогнозу послепожарного отпада;

7) пирологическое районирование в качестве разномасштабной географической основы для всей Системы, которое включает: метод районирования, реализацию метода в ранге областей и округов на территории России и исследованные пирологические особенности ряда регионов.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что впервые в России осуществлена разработка научных основ обобщенной системы пирологических характеристик и оценок с целью использования ее при решении проблемы лесных пожаров.

В результате исследований при разработке отдельных частей системы:

- введено новое важное понятие «класс засухи» в качестве связующего элемента между многими характеристиками и оценками;

- разработан метод индивидуальной пирологической характеристики участков растительности на основе классификации растительных горючих материалов и оценки условий их высыхания и увлажнения;

- разработана эмпирическая модель скорости распространения низового пожара на основе базовой («штилевой») скорости и коэффициентов независимого влияния факторов;

- экспериментально установлена функциональная зависимость базовой скорости от интенсивности тепловыделения (кВт / кв. м) при пламенном горении напочвенного покрова;

- введено новое понятие - пирологическая расчлененность территории, предложен метод ее оценки;

- разработан способ оценки реальной текущей пожарной опасности для районов по типовым шкалам с классами на абсолютной основе - вероятной плотности действующих пожаров, в результате чего классы впервые стали сопоставимыми в разных районах;

- на основе выявленных закономерностей распределения пожаров по крупности предложен индекс фактической горимости, объединяющий частоту пожаров и их суммарную относительную площадь;

- после многолетних наблюдений на гарях предложен способ прогнозирования отпада в древостоях после низовых пожаров и разработана классификация повреждения древостоев пожарами, удобная для практики;

- разработан метод пирологического районирования путем выделения территорий с однотипной морфоструктурой растительного покрова и выполнена реализация этого районирования в России на уровне областей и округов; дана их общая характеристика:

- исследованы пирологические особенности ряда регионов (горы Южной Сибири, юг Западной Сибири, Средняя Сибирь).

Личный вклад автора. В течение 36 лет автор принимал ежегодно непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя полевых исследований в различных районах Западной, Средней и Восточной Сибири, на европейском и сибирском Крайнем Севере, а с 1969 года являлся научным руководителем тем и разделов, лично участвовал в разработке программ и методик исследований, в анализе и обобщении результатов.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы и защищаемые положения отражены в трех монографиях и 53 статьях общим объёмом 72 п. л. Кроме того, 27 сообщений по теме опубликовано в материалах и тезисах конференций и совещаний.

Апробация работы. Результаты исследований и основные теоретические положения диссертационной работы представлены на международных, всесоюзных, всероссийских и региональных конференциях, совещаниях и симпозиумах, в том числе: координационных совещаниях по проблеме лесных пожаров, проводившихся в 1971-85 гг. ИЛиД СО АН СССР и ВНИИПОМлесхозом в г. Красноярске; Первом всесоюзном совещании по проблеме районирования лесного фонда СССР (Красноярск, 1977); заседании Техсовета Гослесхоза СССР (Москва, 1981); Межреспубликанской конференции "Горение и пожары в лесу" (Красноярск, 1984); Всесоюзном научно-техническом совещании «Оперативное управление охраной лесов» (Красноярск, 1984); Всесоюзном научно-техническом совещании "Современные методы профилактики, обнаружения и тушения пожаров" (Петрозаводск, 1985); Научно-технической конференции по проблеме лесных и торфяных пожаров в Западной Сибири (Томск, 1985); Координационном совещании Гослесхоза по проблеме охраны лесов (Красноярск, 1987); Всесоюзной конференции "Аэрокосмический мониторинг таёжных лесов" (Красноярск, 1990); Всесоюзной научной конференции «Эколого-географические проблемы сохранения и восстановления лесов Севера» (Архангельск, 1991); Международном конгрессе "Окружающая среда для нас и будущих поколений" (Красноярск, 1993); Международной конференции «Пожары в экосистемах северной Евразии» (Красноярск, 1993); Международной конференции «Лес, окружающая среда и новые технологии в Северной Европе» (Петрозаводск, 1993); Втором азиатско-океанском симпозиуме «Наука о пожарах и пожарных технологиях» (Хабаровск, 1995); Международной конференции «Интеркарто 2: ГИС для изучения и картографирования окружающей среды» (Иркутск,

1996); Международном семинаре (FAO / ЕСЕ): «Лесные пожары и глобальные изменения» (Шушенское, 1996); Международной конференции «Нарушения в бореальных экосистемах: влияние человека и природные процессы» (США, Дулут, 1997); Международном рабочем совещании (GCTE/PAGES/BAHC) «Пространственно-временные характеристики изменений экосистем высоких широт (Сибирский IGBP-трансект) (Красноярск, 1997); Международном семинаре Всемирного банка «Сохранение биологического разнообразия в Российской федерации» (Улан-Удэ,

1997); Международной конференции «Классификация геосистем» (Иркутск, 1997); Региональной конференции по реализации Федеральной программы развития Нижнего Приангарья (Красноярск, 1997); Всероссийской конференции "Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций" (Красноярск, 1997) и др.

Практическая значимость. Создание обобщенной, упорядоченной, внутренне согласованной системы пирологических характеристик и оценок можно рассматривать как вклад в решение важной народнохозяйственной проблемы пожаров растительности (лесных пожаров).

Кроме того, ряд теоретических исследований автора включён в учебник для техникумов "Охрана лесов" (Червонный, 1981), в учебное пособие для студентов лесохозяйственных вузов УССР "Лесная пирология" (Гор-шенин, Диченков, Швиденко, 1981), в учебное пособие для вузов "Лесная пирология" (Мелехов, 1983), в «Методические указания по дипломному проектированию для студентов очного и заочного обучения. Специальность 1512» (Красноярск, СибТИ, 1980).