Здравствуйте, уважаемые читатели!
С Вами Барановский Николай.
Этот выпуск создан при поддержке научного проекта Российского фонда фундаментальных исследований номер 17-29-05093.
Сегодня я бы хотел предложить Вам достаточно интересную тему, а именно, начать разговор о таком природном явлении как лесные пожары. Последние десятилетия отличаются увеличением частоты и площади лесных пожаров во многих странах мирового сообщества. При лесных пожарах в горение вовлечены хвоинки, листва, ветки, травянистые растения и ряд других компонентов лесного массива.
Лесной массив — значительная целостная территория леса, имеющая естественные границы (реки, озера, холмы, отдельные участки горной местности) или граничащая на большом протяжении с другими угодьями (поля, луга), населенными пунктами. Лесной массив может иметь условные границы, устанавливаемые в зависимости от назначения лесов, их близости к транспортным путям, пунктам вывозки и потребления. Площадь его колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч гектар.
В зависимости от биологических особенностей важнейших растений, их возраста и определённых физико-географических условий в лесу развивается несколько ярусов растений. Ярусы — достаточно чётко отграниченные горизонты концентрации деятельных органов растений. Ярусы могут быть образованы одним или двумя и более видами.
В зависимости от того, где распространяется огонь, пожары делятся на низовые, верховые и подземные. Большинство лесных пожаров являются низовыми лесными пожарами.
Рассмотрим низовой пожар. При низовом пожаре сгорает лесная подстилка, лишайники, мхи, травы, опавшие на землю ветки и т. п. Скорость движения пожара по ветру 0,25—5 км/ч. Высота пламени до 2,5 м. Температура горения около 700 °C (иногда выше). Низовые пожары бывают беглые и устойчивые. При беглом низовом пожаре сгорает верхняя часть напочвенного покрова, подрост и подлесок. Такой пожар распространяется с большой скоростью, обходя места с повышенной влажностью, поэтому часть площади остается незатронутой огнем. Беглые пожары в основном происходят весной, когда просыхает лишь самый верхний слой мелких лесных горючих материалов.
Устойчивые низовые пожары распространяются медленно, при этом полностью выгорает живой и мёртвый напочвенный покров, сильно обгорают корни и кора деревьев, полностью сгорают подрост и подлесок. Устойчивые пожары возникают преимущественно с середины лета.
Рассмотрим верховой пожар. Верховой лесной пожар охватывает листья, хвою, ветви, и всю крону, может охватить (в случае повального пожара) травяно-моховой покров почвы и подрост. Скорость распространения от 5—70 км/ч. Температура от 900 °C до 1200 °C. Развиваются они обычно при засушливой ветреной погоде из низового пожара в насаждениях с низко опущенными кронами, в разновозрастных насаждениях, а также при обильном хвойном подросте.
Верховые пожары, как и низовые, могут быть беглыми и устойчивыми (или, по другому говоря, повальными). Беглый пожар распространяется со скоростью от 7 до 70 км/ч. Возникают при сильном ветре. Опасны высокой скоростью распространения. При повальном верховом пожаре огонь движется сплошной стеной от надпочвенного покрова до крон деревьев со скоростью до 8 км/ч. При повальном пожаре лес выгорает полностью. При верховых пожарах образуется большая масса искр из горящих ветвей и хвои, летящих перед фронтом огня и создающих низовые пожары за несколько десятков, а в случае беглого пожара иногда за несколько сотен метров от основного очага.
Рассмотрим подземные (или почвенные) пожары, которые в лесу чаще всего связаны с возгоранием торфа, которое становится возможным в результате осушения болот. Распространяются со скоростью до 1 км в сутки. Могут быть малозаметны и распространяться на глубину до нескольких метров, вследствие чего представляют дополнительную опасность и крайне плохо поддаются тушению. Поскольку торф может гореть без доступа воздуха и даже под водой.
Нормальная скорость распространения пожара зависит от большого числа факторов, в том числе от теплоты сгорания сухого топлива, относительной пористости и влагосодержания материала, толщины слоя лесных горючих материалов, скорости ветра, угла между направлением ветра и нормалью фронта пламени, наклона местности, и так далее. В естественных лесных условиях многие из этих факторов являются случайными, так что нормальная скорость также изменяется случайным образом во времени и пространстве.
В Томском политехническом университете уже более десяти лет ведутся научные исследования по тематике прогноза лесных пожаров и их экологических последствий. Надо отметить, что первые мои исследования начались еще в пору аспирантуры на кафедре физической и вычислительной механики Механико-математического факультета Томского государственного университета. Первые исследования были посвящены вопросам сушки лесных горючих материалов и детерминированно-вероятностного прогноза лесной пожарной опасности, в том числе с использованием высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах. Это стало возможным благодаря тому, что была пройдена стажировка в Институте вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской Академии наук в рамках Федеральной целевой программы Интеграция.
С 2008 года исследования продолжились в стенах Томского политехнического университета. Основное направление на тот период было разработка физических основ теории зажигания лесных горючих материалов различными источниками повышенной температуры. Эти исследования продолжаются и по сей день, как единолично, так и в сотрудничестве с сотрудниками и студентами Научно-образовательного центра Иннокентия Николаевича Бутакова Инженерной школы энергетики. За более чем десятилетний период исследования были поддержаны как в рамках федеральных целевых программ, так и проектов Российского фонда фундаментальных исследований.
Сегодня коллектив исследователей, занятых в изучении возникновения лесных пожаров и оценки их экологических последствий, осуществляет взаимодействие с рядом зарубежных и российских организаций из сферы образования, науки и органов по борьбе с чрезвычайными ситуациями. Основные партнеры коллектива расположены в России, Беларуси, Украине, Кыргызстане, Индии, Франции. Среди основных организаций партнеров следует отметить Горно-Алтайский государственный университет (город Горно-Алтайск, Российская Федерация), Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук (город Новосибирск, Российская Федерация), Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (город Улан-Удэ, Российская Федерация), Томский государственный университет (город Томск, Российская Федерация), Академия государственной противопожарной службы Министерства по чрезвычайным ситуациям Российской Федерации (город Москва), Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (город Томск, Российская Федерация), Институт комплексного анализа региональных проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (город Биробиджан, Российская Федерация), Херсонский национальный технический университет (город Херсон, Украина), Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь (город Минск), Институт тепломассообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Республики Беларусь (город Минск), Институт медицинских проблем Южного отделения Национальной академии наук Кыргызской Республики (город Ош). Кроме того, коллектив точечно взаимодействует с некоторыми учеными из Канады, США, Франции, Индии, Китая, Германии, Казахстана.
Участники этой международной коллаборации в том числе являются членами ряда международных ассоциаций. Например, International Association of Wildland Fire, International Association for Fire Safety Science, Association for Fire Ecology, Society of Fire Protection Engineers, International Association of Engineers.
Такое обширное взаимодействие внутри и за пределами Российской Федерации обуславливает широкий спектр исследований по тематике лесных пожаров. Например, можно отметить следующие направления:
- прогнозирование лесной пожарной опасности
- оценка воздействия поражающих факторов лесных пожаров на почвы, растительность и живые организмы, в том числе, на человека
- геоинформационные системы
- дистанционное зондирование Земли из космоса
- высокопроизводительные вычисления
Это достаточно крупные направления, которые включают широкий спектр более узких тем исследований.
Следите за новыми выпусками и Вы узнаете больше об исследованиях по прогнозированию лесных пожаров и их экологических последствий.
Следует отметить, что при подготовке этого выпуска были использованы следующие литературные источники:
Брюханов А.В. Экологическая оценка состояния лесов в Сибири // Устойчивое лесопользование. 2009. № 2. С. 21–31.
Воробьев Ю.Л. Лесные пожары на территории России: Состояние и проблемы // Экологический журнал. 2009. N3. С. 9-11.
Ильина В.П. Пирогенное воздействие на растительный покров // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2011. Т. 20. № 2. С. 4–30.
Никищенко Н.Г., Овчинникова Т.В. Природные и антропогенные факторы возникновения лесных пожаров в Воронежской области // Вестник ВГУ. 2007. № 2. С. 100-102.
Пономарев Е.И., Швецов Е.Г. Характеристика категорий пожаров растительности в Сибири по данным спутниковых и других наблюдений // Исследование Земли из космоса. 2013. № 5. С. 45–54.
Grishin A.M. Mathematical modeling of forest fire and new methods of fighting them. Russia. Tomsk: Publishing House of the Tomsk State University. 1997. 390 P.
Manzello S.L., Cleary T.G., Shields J.R., Yang J.C. Ignition of mulch and grasses by firebrands in wildland-urban interface fires // International Journal of Wildland Fire. 2006. Vol. 15. P. 427–431.