Влияние
климатических изменений на лесные пожары в России
Коровин Г.Н., Зукерт Н.В. ЦЭПЛ РАН
Огонь является одним из доминирующих факторов, определяющих
породную и возрастную структуру бореальных лесов, их ресурсный
и экологический потенциал. Стихийные пожары оказывают разрушительное
воздействие на лесные экосистемы, уничтожая напочвенный покров
и фауну, повреждая и нередко губя древостои, вызывая повреждение
почвы и ее эрозию. Эмиссии углерода от лесных пожаров повышают
концентрацию парниковых газов в атмосфере и тем самым способствуют
глобальным изменениям климата. На долю лесных пожаров в нашей
стране приходится ежегодно более половины всех погибающих
насаждений, а площадь гарей в лесном фонде страны в 4,8 раза
превышает площадь вырубок (1).
Количество ежегодно возникающих лесных пожаров и охватываемая
ими площадь в значительной степени определяется природно-климатическими
условиями на территории лесного фонда России. Прогнозируемые
глобальные изменения климата, связываемые с повышением концентрации
в атмосфере парниковых газов, могут привести к изменению числа
и площади лесных пожаров, степени их воздействия на лесные
экосистемы. Знание возможных масштабов горимости лесов необходимо
для успешной адаптации национальной системы их охраны к меняющимся
условиям функционирования и обеспечения отвечающего растущим
экологическим и социально-экономическим требованиям уровня
противопожарной защиты лесов.
До настоящего времени масштабы воздействия пожаров на лесные
экосистемы изучены недостаточно, а их последствия явно недооцениваются.
Регулярные наблюдения за лесными пожарами осуществляются только
на активно охраняемой территории, охватывающей ѕ общей площади
лесного фонда страны. На неохраняемых территориях северных
районов Сибири и Дальнего Востока лесные пожары не регистрируются
и не тушатся.
На активно охраняемой территории лесного фонда ежегодно возникают
от 12 до 36 тысяч лесных пожаров, охватывающих площадь от
0,5 до 5,2 млн. га (Рис. 1.1).
Рис. 1.1. Динамика лесных пожаров в России (количество и площадь
сгоревшей территории), 1965-2001.
Наибольший ущерб они наносят лесным экосистемам Азиатской
части страны, на долю которой приходится около 95% всей пройденной
огнем площади и около 50% общего числа очагов горения. Максимальная
плотность (частота) пожаров характерна для густонаселенных
районов Европейской части страны (Рис.1.3), а максимальный
процент охватываемой огнем площади приходится на многолесные
районы Сибири и Дальнего Востока со слабо развитой инфраструктурой
(Рис. 1.3).
Рис. 1.2. Количество лесных пожаров по регионам России.
Рис. 1.3. Доля сгоревшей лесной территории.
Распределение пожаров по классам размерности (категориям крупности)
характеризуется тем, что до 90% всей охватываемой огнем площади
ежегодно приходится на долю относительно небольшого количества
(~ 5%) крупных очагов горения (2). Большинство таких очагов
ежегодно действует в 3 -4 регионах страны с экстремальными
погодными условиями (засухами). Временная структура горимости
лесов России характеризуется наличием явно выраженной сезонной
и суточной динамики числа и площади лесных пожаров, тип которых
в значительной степени определяется географической широтой
местности (3).
По данным государственных учетов лесного фонда
страны практически половина всех гарей приходится на неохраняемые
территории, что свидетельствует об огромных масштабах воздействия
огня на структуру и состояние лесных экосистем северных районов
Сибири и Дальнего Востока. Процент гарей в этих районах в
3 раза больше, чем на активно охраняемой территории лесного
фонда. По данным статистической отчетности лесной службы,
за последние 50 лет на активно охраняемой территории пожарами
пройдено около 60 млн. га, в том числе лесных земель - 42,3
млн. га. С учетом горимости лесов в неохраняемых районах,
общая пройденная огнем площадь в лесном фонде России за этот
период оценивается примерно в 100- 120 млн. га, в том числе
площадь пройденных пожарами лесных земель - в 80-90 млн. га.
Существенные расхождения данных статистики лесных пожаров
и материалов инвентаризации гарей заставляют рассматривать
приведенные выше цифры как ориентировочные, требующие дальнейшей
корректировки.
При оценке влияния климатических изменений на пожарные режимы
в бореальных лесах рассматриваются три важных аспекта этих
режимов:(1) трансформация растительности, а соответственно
структуры и запасов лесных горючих материалов; (2) изменение
(плотности) частоты возникающих пожаров;(3)модификация длительности
и суровости (напряженности) пожароопасных сезонов как результат
изменения пожарной погоды (4).
Оценка трансформации лесной растительности является
самостоятельной проблемой, которой посвящено множество исследований
в России и за рубежом (5 - 9). В силу инерционности лесных
экосистем, изменение возрастной и породной структуры древостоев
не может осуществляться в таком же темпе, как климатические
изменения. Влияние изменений в структуре и запасах лесных
горючих материалах на пожарные режимы должно оцениваться с
учетом региональной вариации в замене существующих лесных
экосистем растительностью других типов.
Плотность возникновения лесных пожаров определяется количеством
антропогенных и природных источников огня в лесу. Влияние
глобальных изменений климата на частоту пожаров может проявляться,
прежде всего, через изменение периодичности и интенсивности
грозовой деятельности, т.е. изменение количества молниевых
разрядов, являющихся основным природным источников огня. Групповой
характер возникновения лесных пожаров от молний, их удаленность
от населенных пунктов и путей транспорта существенно снижают
оперативность подавления очагов горения, и обусловливают более
значительные размеры охватываемой огнем площади по сравнению
с пожарами от антропогенных источников огня (4,10). Это означает,
что при оценке влияния изменения климата на пожарный режим
должно учитываться не только изменение частоты пожаров от
молний, но и их размеров.
Модификация суровости пожароопасных сезонов
может проявиться через изменение их длительности и степени
пожарной опасности в лесах по условиям погоды. Длительность
пожароопасных сезонов является функцией географической широты
местности и тесно связана с длительностью вегетационных периодов.
Повышение или понижение весенних и осенних температур воздуха
должно сопровождаться соответственно увеличением или сокращением
длительности вегетационных периодов и пожароопасных сезонов.
Степень текущей пожарной опасности в лесах по условиям погоды
определяется температурой и влажностью воздуха, количеством
и периодичностью выпадения осадков. Её интегральной характеристикой
является распределение дней сезона по классам пожарной опасности
в лесу по условиям погоды. Ежегодное число и площадь лесных
пожаров в значительной степени определяются количеством (долей)
дней сезона с высокой и чрезвычайной пожарной опасностью,
когда число возникающих очагов горения и скорость распространения
огня на порядок больше, чем в дни с низкой пожарной опасностью.
Существенная зависимость числа и площади лесных
пожаров от уровня противопожарной защиты лесов, т.е. эффективности
профилактических мероприятий, своевременности обнаружения
и подавления возникающих очагов горения, заметно усложняет
оценку воздействия глобальных изменений климата на горимость
лесов. Использование данных статистической отчетности, отвечающих
существующему уровню охраны лесов, влечет за собой необходимость
принятия гипотезы о поддержании единого уровня в условиях
меняющейся длительности и напряженности пожароопасных сезонов,
интенсивности грозовой деятельности.
Вопросам воздействия потенциальных климатических изменений
на лесные пожары посвящен целый ряд исследований (11 - 17),
внесших существенный вклад в понимание возможных последствий
этих процессов. Моделирование климатических изменений с удвоением
содержания СО2 в атмосфере, показывает как снижение, так и
повышение пожарной интенсивности в различных регионах бореальной
зоны (18). Изучение влияния изменений климата по сценарию
удвоения СО2 на пожары от гроз в США показало увеличение числа
вызываемых молниями пожаров на 44% и рост размеров охватываемой
ими площади на 38% (12). Анализ влияния глобального потепления
на пожарный режим, выполненный с использованием общей модели
циркуляции Канадского климатического центра, показал возможное
увеличение длительности пожароопасных сезонов в Канаде при
сценарии удвоения СО2 на 20% (13). В целом эти исследования
показывают, что при сценарии удвоения СО2 площадь и частота
пожаров могут быть существенно выше, чем при существующих
климатических условиях.
Целью настоящей работы является оценка влияния
климатических изменений на число и площадь лесных пожаров
в России. Знание реакций лесных экосистем на климатические
изменения и ожидаемых масштабов воздействия огня на лесную
растительность рассматривается как важная предпосылка адаптации
национальной системы охраны леса к изменяющимся условиям ее
функционирования.
Материалы и методы исследований
Оценка влияния климатических изменений на число и площадь
лесных пожаров в России базировалась на материалах статистической
отчетности лесной службы за предшествующий многолетний период,
данных сети наземных метеорологических станций о погодно-климатических
условиях на территории лесного фонда, а также на имеющихся
сценариях глобальных изменений климата. Данные пожарной статистики
и метеорологические данные использовались для выявления зависимости
числа и площади лесных пожаров от климатических условий в
прошлом, а сценарии глобальных изменений климата - для оценки
ожидаемых значений этих показателей в будущем.
Материалы статистических наблюдений включали в себя: обобщенные
данные о числе и площади лесных пожаров на охраняемой территории
лесного фонда России, ее субъектов, за 1958-2001 гг.; базу
основных параметров лесных пожаров на обслуживаемой авиацией
территории за период с 1969 по 2001 гг. (19); материалы ежегодной
отчетности службы авиационной охраны лесов. Компьютерная база
данных с основными параметрами лесных пожаров содержит детальные
сведения о каждом очаге горения, зарегистрированном на обслуживаемой
авиацией территории лесного фонда. Они включают географические
координаты пожара, время его обнаружения и ликвидации, причину
возникновения, погодные и лесорастительные условия в зоне
действия огня, а также другие параметры, указанные в первичных
учетных документах.
Материалы о погодно-климатических условиях за предшествующий
многолетний период включали в себя: компьютерную климатическую
базу данных, являющуюся составной частью "эколого-климатической"
системы КРИС (20); выборочную информацию базы данных ТЕМР
(ВНИГМИ-МЦД); сценарии глобальных изменений климата, представляющие
различные подходы к решению этой проблемы (21 - 23). Один
из таких подходов представлен моделью общей циркуляции атмосферы
GFDL, другой - палеоаналоговой моделью, оценивающей чувствительность
глобальной температуры к концентрации СО2 в прошлом.
Сценарии глобального потепления климата достаточно реалистично
воспроизводятся в численных моделях общей циркуляции атмосферы
(МОЦА). Результаты расчетов с их использованием указывают
на увеличение средней глобальной температуры после удвоения
концентрации CO2 в атмосфере в пределах 2-4єC. В целом все
модели, предсказывающие потепление климата, показывают ряд
особенностей перераспределения климатических параметров на
земном шаре. Так, наибольшее повышение температуры воздуха
у поверхности Земли будет иметь место в высоких и умеренных
широтах северного полушария в конце осени и зимой, летом они
будут меньше. Усилятся осадки в высоких широтах, а также в
умеренных широтах зимой.
Полученный с использованием модели общей циркуляции атмосферы
GDFL сценарий изменения температуры в летние месяцы (июнь-август)
показывает, что на территории России до 60є северной широты
температура воздуха увеличится на 4єC, а выше 60єс.ш. она
возрастет на 2єC (Рис. 1.4).
Рис. 1.4. Изменения в летней температуре воздуха (средняя
по декадам), полученные с помощью модели GFDL при удвоенном
содержании CO2:
t >4?C - ; t>8?C - (21).
Другой подход к этой проблеме - модели, использующие "метод
аналогов", который оценивает чувствительность глобальной
температуры к концентрации CO2 в различные периоды времени
в прошлом (22,23). Закономерности региональных изменений климата
при потеплении выявляются путем сравнения климатических условий
для различных эпох потеплений, а также сопоставления эмпирических
материалов о потеплении с результатами расчетов по моделям
теории климата. Оценки аномалий температур для различных периодов
прошлого характеризовались различными масштабами повышения
температуры нижнего слоя атмосферы. В связи с этим изменения
температуры воздуха и количества осадков на различных широтах
были приведены к одному значению повышения средней глобальной
температуры, равному 1єC.
Для более детального сопоставления региональных изменений
климата при потеплении различного масштаба использовались
карты, которые характеризовали изменения климатических условий
более или менее обширных территорий зимой и летом для четырех
эпох потепления - в теплые годы XX века, во время оптимума
голоцена, в микулинское межледниковье и во время оптимума
плиоцена. Эти карты сравнивались между собой и с картами изменения
температуры при повышении концентрации CO2 в атмосфере. При
сравнении этих карт учитывалось, что наибольшее потепление
в XX веке характеризуется повышением средней глобальной температуры
на 0,5єC, потепление климатического оптимума голоцена - на
1,4єC, потепление микулинского межледниковья - на 2,2єC, климатического
оптимума плиоцена - почти на 4єC.
После приведения аномалий температур на этих картах к стандартному
повышению, равному 1єC, оказалось, что все карты довольно
схожи между собой. Во всех случаях температурные аномалии
превосходят среднее глобальное повышение температур, а летом
близки к среднему глобальному повышению. На всех картах обнаруживается
отчетливая пространственная изменчивость, которая как зимой,
так и летом возрастает с повышением географической широты.
В связи с хорошей сходимостью этих карт, было проведено их
осреднение с целью получения обобщенной картины распределения
температурных аномалий при потеплении на 1єC. В настоящей
работе были использованы данные обобщенной карты для летнего
периода (Рис. 1.5), где показано, что потепление будет наибольшим
в высоких широтах. Для остальной части России характерно потепление
летом на 1єC (24).
Рис. 1.5. Изменения в летней температуре воздуха (to C) по
палеоаналоговой модели М.И.Будыко ниже (23).
При глобальном потеплении на 2єC характер температурных аномалий
сохраняется, но пропорционально увеличиваются абсолютные значения
изотерм, приведенных на рис.5. Сценарий, соответствующий глобальному
потеплению на 1єC, использовался для оценки нижней границы
числа и площади лесных пожаров в условиях глобальных изменений
климата.
Методы исследования
В качестве основных факторов, воздействующих на число и площадь
лесных пожаров, рассматривались: длительность пожароопасных
сезонов; их суровость (напряженность); интенсивность грозовой
деятельности. Оценка роста числа и площади лесных пожаров
в результате увеличения длительности пожароопасных сезонов
без изменения степени их суровости базировалась на допущении,
что среднее число пожаров в день сезона и средняя площадь
лесного пожара остаются постоянными величинами. Это означает,
что увеличение числа и площади лесных пожаров пропорционально
росту длительности пожароопасных сезонов.
Рост числа лесных пожаров за счет повышения
суровости (напряженности) пожароопасных сезонов оценивается
через увеличение доли дней с высокой и чрезвычайной пожарной
опасностью, а рост средней площади пожара - через увеличение
среднего за сезон значения класса пожарной опасности в лесу
по условиям погоды. При этом допускается, что среднее число
пожаров в день с каждым классом пожарной опасности остается
неизменным, а рост средней площади пожара пропорционален росту
среднего за сезон значения класса пожарной опасности. Зависимость
числа дней с высокой и чрезвычайной пожарной опасностью и
среднего за сезон класса пожарной опасности от средней температуры
вегетационного периода (пожароопасного сезона) устанавливается
по данным о лесных пожарах и климатическим данным за предшествующий
многолетний период.
Увеличение числа пожаров за счет интенсификации
грозовой деятельности считается пропорциональным росту количества
молниевых разрядов. При этом допускается, что средняя площадь
пожара от гроз остается постоянной величиной, если суровость
сезонов не изменяется, и растет пропорционально средней площади
пожара от антропогенных источников при повышении суровости
пожароопасных сезонов.
Оценка влияния температуры воздуха на длительность пожароопасного
сезона базируется на существовании четко выраженной связи
этих показателей с географической широтой местности. Процедура
определения длительности пожароопасного сезона как функции
средней за вегетационный период температуры воздуха включает
несколько этапов: (1) оценку фактической длительности пожароопасных
сезонов и вегетационных периодов в границах каждого широтного
пояса; (2) оценку средних температур воздуха за вегетационный
период в тех же широтных поясах; (3) оценку длительности пожароопасного
сезона как функции средней температуры вегетационного периода.
Методика определения фактической длительности пожароопасных
сезонов и вегетационных периодов
Под длительностью пожароопасного сезона понималась
часть календарного года, на которую приходится 95% всех возникающих
лесных пожаров. Она определяется путем построения эмпирических
рядов распределения лесных пожаров по календарным датам их
обнаружения и нахождения 2,5% квантилей этих распределений,
которые считались датами начала и окончания пожароопасного
сезона. Средние значения длительности пожароопасных сезонов
находились как интегральные показатели за предшествующий многолетний
период для каждого из 8 широтных поясов на территории России,
границы которых проходят с 42 по 72 параллель с шагом 4є.
Для их расчета использовалась база основных параметров лесных
пожаров на обслуживаемой авиацией территории, охватывающей
более 70% всей активно охраняемой площади лесного фонда (19).
Для верификации полученных результатов использовались данные
о фактических сроках начала и окончания работы структурных
подразделений авиалесоохраны по обнаружению и тушению лесных
пожаров и материалы статистической отчетности лесопожарных
служб. Полученные оценки длительности пожароопасных сезонов
использовались для построения уравнений, описывающих их зависимость
от географической широты местности.
Под вегетационным периодом понималась часть
календарного года, когда температура среды обитания растений
благоприятствует их росту и развитию. В большинстве случаев
активное функционирование лесной растительности начинается
при устойчивой положительной температуре воздуха, поэтому
вегетационный период определялся как часть календарного года
с устойчивой температурой воздуха выше 5єC. В используемой
климатической базе данных параметры, характеризующие вегетационный
период, были получены расчетным способом. Годовой ход суточных
температур воздуха восстанавливался на основе средних месячных
значений температуры воздуха путем кубической сплайн-интерполяции
(24). Далее рассчитывались накопленные суммы температур и
осадков, количество дней и средняя температура воздуха за
период со дня перехода температуры через 5 C. На основе полученных
значений были созданы карты распределения сумм температур
и продолжительности вегетационного периода. Пространственное
распределение продолжительности вегетационного периода на
территории России носит, практически, широтный характер с
некоторыми отклонениями на Дальнем Востоке.
Методика прогнозирования длительности пожароопасных сезонов
в условия глобального изменения климата
Исходными материалами для прогнозов послужили данные более
2900 метеорологических станций об их географической широте,
продолжительности и средней температуре вегетационных периодов,
а также данные о длительности пожароопасных сезонов. На их
основе строились графики зависимости длительности пожароопасных
сезонов, продолжительности и средней температуры вегетационных
периодов от географической широты местности и регрессионные
уравнения, описывающие эти зависимости. Близость календарных
дат наступления вегетационных периодов и пожароопасных сезонов,
средних значений их длительности практически во всех широтных
поясах, а также наличие тесной корреляционной связи (R2=0,78)
между средней температурой и продолжительностью вегетационного
периода позволяет оценивать длительность пожароопасного сезона
в условиях глобальных изменений климата как функцию ожидаемой
температуры вегетационных периодов.
При отсутствии в сценариях глобальных изменений
климата средних температур вегетационного периода для решения
этой задачи в первом приближении использовались прогнозные
значения летних температур, которые, как правило, выше средней
температуры вегетационного периода и несколько завышают длительность
пожароопасных сезонов. Для устранения получаемой систематической
ошибки могут быть введены поправочные коэффициенты, основанные
на соотношении средних значений летней температуры воздуха
и средней температуры вегетационного периода за предшествующий
многолетний период.
Оценка изменения суровости пожароопасных сезонов и её последствий
Влияние изменений температуры воздуха на суровость пожароопасных
сезонов оценивалось через изменение текущей пожарной опасности
в лесу по условиям погоды, интегральной характеристикой которой
является распределение дней сезона по классам пожарной опасности.
Существующая в России система оценки пожарной опасности базируется
на комплексном метеорологическом показателе В.Г. Нестерова
(25):
(1)
Где: Gj- значение комплексного метеорологического показателя
j-того дня сезона; Gj-1 - значение комплексного метеорологического
показателя предшествующего (j-1) дня; ?j,j-1- коэффициент
учета суточных осадков; tj - температура воздуха j-того дня;
?j- температура точки росы j-того дня.
Численное значение класса пожарной опасности в лесу по условиям
погоды определяется из соотношения;
?j = (2 ),
где ?j - класс пожарной опасности в лесу по условиям погоды
j-того дня сезона.
Как следует из соотношения (1), повышение температуры воздуха
ведет к увеличению величины комплексного метеорологического
показателя пожарной опасности, а соответственно и к увеличению
числа дней с высокими классами пожарной опасности. Одновременно
с этим растет и среднее за сезон значение класса пожарной
опасности. По данным статистики число пожаров, возникающих
в день с высоким (4) и чрезвычайным (5) классом пожарной опасности
вдвое больше, чем в день со средним (3) и практически на порядок
(в 10 раз) больше, чем в день с низким (1,2) классом пожарной
опасности. Увеличение числа дней с высокими классами пожарной
опасности ведет к существенному росту сезонного числа пожаров.
Скорость распространения огня в дни с высокими и чрезвычайными
классами пожарной опасности в лесу так же в несколько раз
выше, чем в дни со средними и низкими классами пожарной опасности.
Увеличение числа дней с высокой пожарной опасностью ведет
соответственно к увеличению средней площади пожара. Строгие
оценки влияния суровости пожарных сезонов на число пожаров
и величину охватываемой огнем площади могут быть получены
только в результате математического моделирования процессов
возникновения, развития, обнаружения и тушения лесных пожаров
в сезоны с различной суровостью (напряженностью), что далеко
выходит за рамки данной работы. Приближенные оценки влияния
суровости сезонов на число возникающих очагов горения и среднюю
площадь пожара находились с использованием эмпирических зависимостей
между указанными параметрами, средним значением класса пожарной
опасности в лесу по условиям погоды и средней температурой
вегетационного периода.
Методика оценки влияния грозовой активности
на число и площадь лесных пожаров
По данным статистических наблюдений причиной возникновения
от 1100 до 5100 пожаров на охраняемой территории лесного фонда
является грозовая деятельность. На долю пожаров от молний
приходится ежегодно от 22 до 890 тыс. га. охватываемой огнем
площади (Рис. 1.6). Средняя площадь от молний почти в 3 раза
превышает среднюю площадь от антропогенных источников огня.
Это объясняется сложностью борьбы с такими пожарами из-за
группового характера их возникновения и большой удаленностью
возникающих очагов горения от объектов инфраструктуры.
Рис. 1.6. Динамика количества и площади пожаров,
вызванных молниями, в России, 1969-2000.
В основу прогнозирования числа и площади лесных
пожаров от гроз взят сценарий роста количества молниевых разрядов
в зоне бореальных лесов между 500 и 700 северной широты (26,27).
Рост числа пожаров от гроз считался пропорциональным росту
количества молниевых разрядов, а средняя площадь пожара от
гроз определялась по данным лесопожарной статистики за прошлые
годы и корректировалась с учетом суровости пожароопасных сезонов.
Подавляющее число пожаров от гроз приходится на 3 летних месяца
(10), поэтому количество молниевых разрядов считалось независимым
от длительности пожароопасных сезонов, что существенно упрощало
оценку совместного влияния повышения температуры воздуха и
активизации грозовой деятельности на число и площадь лесных
пожаров.
Результаты
исследований
Влияние повышения температуры воздуха на длительность пожароопасных
сезонов
Анализ многолетних рядов распределения лесных пожаров по календарным
датам показывает, что фактические сроки наступления и длительность
пожароопасных сезонов могут быть представлены в виде нормально
распределенных случайных величин с параметрами распределения,
зависящими от географической широты местности (2,3). Выборочное
среднее длительности пожароопасных сезонов монотонно убывает
от 210 дней в южном широтном поясе России (400 - 440 с.ш.)
до 83 дней в северных районах страны (680 - 720с.ш.). Как
функция географической широты местности длительность пожароопасного
сезона может быть представлена в виде:
L K SIN ? (3)
где: L - среднее значение длительности пожароопасного сезона,
дней;
K - количество календарных дней в году;
- географическая широта местности.
Стандартное отклонение длительности пожароопасных сезонов
практически одинаково для всех широтных поясов и составляет
в среднем около 12 дней.
Средняя продолжительность вегетационных периодов (периодов
с t >50С), найденная с использованием климатической базы
данных, также является функцией географической широты местности
и монотонно убывает от 210 дней в южном широтном поясе (400
- 440 с.ш.) до 83 дней в северных районах страны (680 - 720
с.ш.) (Рис. 1.7).
Рис. 1.7. Начало и конец (nd) периодов роста (t>5?C) в
зависимости от широты ( ).
Анализ средних значений длительности пожароопасных сезонов
и соответствующих им средних значений продолжительности вегетационных
периодов свидетельствуют об очень тесной связи между ними,
и возможности использования для оценки влияния изменения климата
на число и площадь лесных пожаров любого из этих показателей.
Об этом же свидетельствуют данные Табл. 1, содержащей средние
значения длительности пожароопасных сезонов и продолжительности
вегетационных периодов по широтным поясам.
Табл. 1. Связь длительности пожароопасного сезона (L) с продолжительностью
вегетационного периода (T) (t>5?C)
Показатель Значение показателей по широтным поясам ??
Эквивалентность средних значений длительности пожароопасных
сезонов и продолжительности вегетационных периодов большинства
анализируемых широтных поясов имеет принципиальное значение,
поскольку позволяет находить любой из этих показателей как
функцию средней температуры воздуха вегетационного периода
(Рис. 1.8).
Полученная линейная зависимость продолжительности вегетационных
периодов от средней температуры воздуха (Рис. 1.9) свидетельствует
о достаточно тесной связи между этими показателями (R2=0,76)
и может быть использована в качестве "калибровочной"
функции длительности пожароопасных сезонов в условиях глобальных
изменений климата.
Рис. 1.9. Зависимость продолжительности вегетационных периодов
от средней температуры воздуха.
С ростом средней температуры вегетационного периода от 8єC
до 18єC его продолжительность, а соответственно и длительность
пожароопасного сезона увеличивается с 83 до 225 дней. При
линейном характере зависимости это означает, что с повышением
средней температуры вегетационного периода на 1єC, длительность
пожароопасного сезона должна увеличиваться практически на
2 недели. Повышение средней температуры вегетационного периода
на 1єC эквивалентно увеличению длительности пожароопасного
сезона в южных широтных поясах на 7 - 9%, в средних широтных
поясах - на 9 - 11% и в северных районах страны на 15 - 17%.
Существенные различия в сценариях изменения климата по модели
общей циркуляции атмосферы GDFL и палеоаналоговой модели М.И.Будыко
приводят к значительной разнице в оценках соответствующих
им длительностей пожароопасных сезонов. Повышение летней температуры
воздуха по первому из этих сценариев, основанному на модели
CDFL приводит к увеличению длительности пожароопасного сезона
в северных районах страны на 30-50 дней, в средних широтах
- на 50-60 дней и в южных районах - на 60-70 дней (Рис. 1.10).
Рис. 1.10. Изменения продолжительности вегетационного периода
при удвоении концентрации СО2 по модели GDFL.
Другая картина изменения длительности пожароопасных сезонов
наблюдается при использовании климатического сценария, основанного
на палеоаналоговой модели М.И.Будыко. Глобальное повышение
температуры воздуха на 1єС по этому сценарию приводит к росту
длительности пожароопасного сезона в северных районах страны
на 21 - 25 дней, в средних широтах - на 17-21 день и в южных
широтах - на 8-17 дней. Увеличение длительности пожароопасного
сезона в этом случае существенно отличается не только по абсолютной
величине, но и по его пространственному расположению. По сценарию,
основанному на модели общей циркуляции атмосферы GDFL, максимальное
увеличение длительности пожароопасных сезонов ожидается в
южных широтных поясах, а минимальное увеличение в северных
районах. По палеоаналоговой модели М.И.Будыко максимальное
увеличение их длительности прогнозируется в северных районах
и минимальное - в южных.
Доминирующее влияние на рост числа и площади лесных пожаров
в России будет оказывать увеличение длительности пожароопасных
сезонов в средних широтных поясах (520 - 620 с.м.), на долю
которых приходится около 65% всех возникающих очагов горения
и более половины общей охватываемой огнем площади. На южные
широтные пояса (420 - 520 с.ш.) приходится около 14% общего
числа и 21% площади пожаров, а на северные районы (620 - 720
с.ш.) - около 21% их общего числа и площади.
Влияние повышения температуры воздуха на суровость пожароопасных
сезонов
Анализ структуры прошлых пожароопасных сезонов показывает,
что доля дней с низкой пожарной опасностью (1 и 2 классы)
составляет от 55 до 62%, доля дней со средней пожарной опасностью
( 3 класс) - от 22 до 26%, и доля дней с высокой и чрезвычайной
пожарной опасности (4 и 5 классы) от 14 до 20% длительности
сезона. При этом на периоды низкой пожарной опасности приходилось
от 10 до 20%, на периоды средней пожарной опасности от 30
до 39%, и на периоды высокой и чрезвычайной опасности от 44
до 54% всех возникающих лесных пожаров. Среднее число пожаров
в день с низкой пожарной опасностью в лесу по условиям погоды
в 5 раз меньше, чем в день со средней пожарной опасностью,
и в 10 раз меньше, чем в день с высокой или чрезвычайной опасностью
. Влияние повышения температуры воздуха на суровость пожароопасных
сезонов в первом приближении оценивалось на основе статистических
зависимостей между средней температурой вегетационного периода,
средним значением класса пожарной опасности в лесу по условиям
погоды и долей дней сезона с высокой и чрезвычайной пожарной
опасностью. Анализ динамики средней температуры вегетационных
периодов и средних значений класса пожарной опасности в лесу
по условиям погоды за 1976 - 1996 г. свидетельствует о синхронности
колебаний этих показателей, и существовании слабо выраженных
тенденций к их медленному росту (Рис. 1.11).
Средняя температура вегетационного периода повысилась за анализируемый
период времени примерно на 0,36єС, а среднее значение класса
пожарной опасности - на 0,060. Учитывая линейный характер
трендов можно предполагать, что повышение температуры вегетационного
периода на 1єС будет сопровождаться ростом среднего класса
пожарной опасности на 0,165.
Рис. 1.11. Ежегодные изменения средней температуры вегетационного
периода и средних коэффициентов пожароопасности (ACDF).
Рис. 1.12. Ежегодные изменения средней продолжительности вегетационного
периода, средней площади лесных пожаров (S) и количества пожаров
(N).
Анализ динамики ежегодного числа лесных пожаров, средней температуры
вегетационного (летнего) периода и средней площади пожара
(Рис. 1.12) также показывает наличие определенных тенденций
роста этих показателей. Очевидно, что рост числа пожаров и
средней площади очага горения может быть связан не только,
и не столько с повышением температуры воздуха и суровости
пожароопасных сезонов, сколько с увеличением посещаемости
лесов, резким ослаблением авиационной охраны лесов в конце
анализируемого периода. Непосредственное использование полученных
результатов для количественной оценки влияния суровости пожароопасных
сезонов на число и площадь лесных пожаров в России представляется,
поэтому недостаточно корректным.
Косвенным способом грубые оценки влияния средней температуры
вегетационного периода на число возникающих пожаров могут
быть найдены через её воздействие на среднее за сезон значение
класса пожарной опасности, являющееся интегральной характеристикой
суровости пожароопасного сезона. Как было показано ранее,
повышение средней температуры вегетационного (летнего) периода
эквивалентно росту среднего за пожароопасный сезон класса
пожарной опасности на 0,165. Этот рост обеспечивается, прежде
всего, за счет увеличения доли дней с высокой и чрезвычайной
пожарной опасности и сокращения доли дней с низкой и средней
пожарной опасностью. В анализируемые сезоны увеличение среднего
класса пожарной опасности на 0,165 достигалось за счет роста
доли дней с высокой и чрезвычайной опасностью на 5% . Такое
изменение структуры пожароопасного сезона было эквивалентно
увеличению сезонного числа пожаров на 15 %. Однако эти оценки
также представляются существенно завышенными и могут рассматриваться
лишь в качестве верхних границ их возможных значений.
Дальнейшая оценка влияния суровости пожароопасного сезона
на число и площадь лесных пожаров базируется на допущении,
что их рост пропорционален росту среднего за сезон значения
класса пожарной опасности в лесу по условиям погоды. В этом
случае увеличение средней температуры пожароопасного сезона
на один градус будет сопровождаться ростом числа и площади
лесных пожаров на 7,5%.
Влияние роста грозовой активности на число и площадь лесных
пожаров
Рассматриваемый сценарий изменения климата (26, 27) предполагает
увеличение общей частоты молниевых разрядов между широтами
50єс.ш. и 70єс.ш. от 30 до 40%, без деления их по типам "облако
- земля" или "облако - облако". Изучение влияния
климата с удвоением СО2 на пожары от молний в США показывает
увеличение на 44% вызываемых молниями пожаров и на 78% пройденной
огнем площади (12). В России, где по данным официальной статистики
процент пожаров от молний в три раза меньше, чем в Канаде,
влияние роста грозовой активности будет менее существенно,
чем в других странах бореальной зоны.
Увеличение частоты молниевых разрядов на 30 - 40 % приведет
к росту общего числа лесных пожаров в России на 3,6 - 4,8
%,процента лесных пожаров от гроз с 12,1 до 15,7 - 16,9%.
Для Европейской части страны число таких пожаров возрастет
с 5,0% до 6,5 - 7,0%, а в ее Азиатской части - с 19,0% до
24,7 - 26.6% (Рис. 1.13).
С учетом низкой оперативности обнаружения и подавления пожаров
от молний, обусловленной групповым характером их возникновения
и удаленностью от объектов инфраструктуры, влияние роста грозовой
активности на размеры охватываемой огнем площади будет существенно
больше, чем на число пожаров. За период с 1987 по 2000 г.г.
на долю лесных пожаров от гроз приходилось около 40% всей
охватываемой огнем активно охраняемой территории лесного фонда.
Увеличение их количества на 30 - 40% приведет к росту доли
пожаров от молний в общей охватываемой огнем площади до 52
-56%.
Рис. 1.13. Количество пожаров по причинам возникновения, 1987
- 2000 гг.
Оценка ожидаемого числа и площади лесных пожаров
По сценарию изменения климата, основанному на модели общей
циркуляции атмосферы GDFL, длительность пожароопасного сезона
в среднем широтном поясе России увеличивается на 50-60 дней,
т.е. на 30 -40 %. В южном и северном широтных поясах она возрастет
соответственно на 60 -70 и 30 -50 дней, т.е. на 30 -35% и
30 - 50%. Учитывая, что на средний широтный пояс приходится
65 %, а на южный и северный широтные пояса соответственно
14 и 21 % всех лесных пожаров, указанное выше увеличение длительности
сезонов приведет к росту общего числа пожаров на 30- 41%.
Охватываемая огнем площадь лесного фонда распределена по широтным
поясам примерно так же, как и число пожаров. На средний широтный
пояс приходится 58% всей площади лесных пожаров, а на северный
и южный широтные пояса - по 21% этой площади. С учетом указанного
распределения прирост ежегодно охватываемой огнем площади
за счет увеличения длительности пожароопасных сезонов по сценарию
GDFL составит также от 30 до 41%.
По сценарию изменения климата, основанному на палеоаналоговой
модели М.И. Будыко, длительность пожароопасного сезона в северном
широтном поясе увеличиться на 21 -25 дней, в среднем и южном
поясах соответственно на17 -21 и 8 -17 дней. Выраженное в
относительных величинах оно составит 20 -25% для северных
районов страны, 12 - 15% для среднего широтного пояса и 4
- 8% для юга России. Рост числа и площади лесных пожаров за
счет увеличения длительности пожароопасного сезона в этом
случае ограничится 12,6 -16,1% и 12,0 -15,6% соответственно.
При повышении глобальной средней температуры не на один, а
на два градуса приведенные оценки практически удваиваются.
Таким образом, увеличение длительности пожароопасных
сезонов за счет повышения температуры воздуха, без учета изменения
их суровости, может сопровождаться ростом числа и площади
лесных пожаров на 30 -40%. Повышение суровости пожароопасных
сезонов за счет повышения температуры воздуха на 2 -4є С может
сопровождаться дополнительным ростом числа и площади лесных
пожаров на 15 -30%. Активизация грозовой деятельности в бореальной
зоне может привести к увеличению общего числа лесных пожаров
в России на 3,6 - 4,8 % и размеров охватываемой площади на
12 - 16 %. Площадь пожаров от гроз достигнет при этом 52 -
56% общей площади лесных пожаров на активно охраняемой территории
Российской Федерации. В целом, увеличение длительности и суровости
(напряженности) пожароопасных сезонов, активизация грозовой
деятельности в рамках рассмотренных сценариев изменения климата
могут привести к росту числа и площади лесных пожаров в 1,5
-2,0 раза.
Заключение
Полученные оценки влияния глобальных изменений климата на
число и площадь лесных пожаров в России следует рассматривать
как сугубо ориентировочные, требующие дальнейшего уточнения
и корректировки. Приближенный характер полученных оценок обусловлен
значительной неопределенностью сценариев и прогнозов глобальных
изменений климата, низкой надежностью статистики лесных пожаров
и резким варьированием горимости лесов во времени и пространстве,
условным характером целого ряда принятых допущений. Тем ни
менее, игнорирование даже грубых оценок влияния климатических
изменений на число и площадь лесных пожаров в России было
бы неоправданным. Выявленные тенденции роста горимости лесов
вполне согласуются с результатами аналогичных исследований
в других странах бореальной зоны. Улучшение прогнозных оценок
влияния климатических изменений на число и площадь лесных
пожаров в России может быть достигнуто за счет привлечения
наиболее совершенных сценариев и моделей глобальных изменений
климата, моделирование воздействия климатических параметров
на суровость пожароопасных сезонов. Особого внимания заслуживает
исследование влияния грозовой деятельности на число и площадь
лесных пожаров в северных районах Сибири и Дальнего Востока,
где молнии становятся доминирующим источником огня, определяющим
пожарный режим лесов на значительной части территории России.
Литература
1. Лесной фонд России (по данным государственного учета лесного
фонда по состоянию на 1 января 1998 г.) /Справочник. М.: ВНИИЦлесресурс,
1999г.
2. Коровин Г.Н., Андреев Н.А. Авиационная охрана лесов, М.:
Агропромиздат, 1988, 233 С.
3. Коровин Г.Н., Покрывайло В.Д., Солодовникова Н.И. Анализ
и моделирование статистической структуры поля горимости лесов.
Методические рекомендации. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1984. - 64 с.
4. Weber, M.G. and B.J. Stocks. Forest Fires and Sustainability
in the Boreal Forests of Canada/Ambio Vol. 27 No. 7, Nov.1998.
5. Emanuel,W.R., Shugart,H.H. and Stevenson, M.P. 1985. Climate
change and the broad-scale distribution of terrestrial ecosystem
complexes. Climatic Change 7, 29-43.
6.Shugart, H.H. and T.M.Smith.1992. Modeling boreal forest
dynamics in response to environmental change. Unasylva 43
(170), 30-38.
7. Solomon, A.M. and D.C. West.1987. Simulating forest ecosystem
responses to expected climate change in eastern North America:
applications to decision making in the forest industry. In:
The greenhouse effect, climate change and U S forests (W.E.Shands
and J.S.Hoffman, eds.), 189-218. The Conservation Foundation.
Washington DC.
8. Kirilenko, A.P., Belotelov, N.V., Bogatyrev, B.G. Global
model of vegetation migration: incorporation of climatic variability.
Ecological modelling. 132 (1-2), pg.125-134.
9. Rizzo, B. and Wiken, E. 1992. Assessing the sensitivity
of Canada's ecosystem to climate change. Climatic Change 21,
37-55.
10. Korovin G.N. 1996. Analysis of the distribution of forest
fires in Russia. In: Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia.
Goldmmer, J.G. and Furyaev, V.V. (ed). Oxford University Press,
Oxford, UK,112-128..
11. Flannigan, M.D. and Van Wagner, C.E. 1991.Climate change
and wildfire in Canada.Can. J. For. Res. 21,66-72.
12. Price,C. and Rind, D. 1994. The impact of a 2 x CO2 climate
on lightning-caused fires.J. Climate 7, 1484-1494.
13. Wotton, B.M. and M. D. Flannigan.1993. Length of the fire
season in a changing climate. Forestry Chronicle 69, 187-192.
14. Fosberg, M.A., Stocks, B.J. and Lynham, T.J. 1998. Risk
analysis in strategic planning: fire and climate change in
boreal forest. In: Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia. Goldmmer,
J.G. and Furyaev, V.V. (eds). Oxford University Press, Oxford,
UK, 495-504.
15. Kasischke, E.S., Christensen, N.L., Jr. and B.J. Stocks.
1995. Fire, global warming, and the carbon balance of boreal
forests. Ecol. Appl. 5, 437-451.
16. Houghton, R.A.1991. Biomass burning from the perspective
of the global carbon cycle. In: Global biomass burning: Atmospheric,
climatic, and biospheric implications (J.S. Levin, ed.), 321-325.
The MIT Press, Cambridge University Press, Cambridge. 129
p.
17. Torn, M.S. and Fried, J.S. 1992 . Predicting the impact
of global warming on wildland fire . Climatic Change 21, 257-274.
18. Bergeron, Y. and Flanningan, M.D. 1995. Predicting the
effects of climate change on fire frequency in the southeastern
Canadian boreal forest. Water Air Pollut. 82, 427-444.
19. Покрывайло В.Д., Коровин Г.Н., Солодовникова Н.И., Поломина
З.С. Организация и использование банка данных о лесных пожарах
на базе ЭВМ ЕС-1020. Методические указания. Л.: ЛенНИИЛХ.
1976. 60 с.
20. Зукерт Н.В., Рожкова С.В., Соколихина Н.Н. Роль гидротермического
режима в распределении растительности Якутии. / Лесоведение.
?2, 1995,. С. 42-49.
21. Climate change. The IPCC Scientific Assessment Report
prepared. For IPCC by working Group 1. - WMO, UNEP, 1990.
22. Антропогенные изменения климата. Ред. М.И.Будыко, Ю.А.
Израэль. Л. Гидрометеоиздат, 1987, 408 с.
23. Будыко М.И. Климат конца двадцатого века./ Метеорология
и гидрология, №10, 1998. С. 5-23.
24. Завельская Н.А., Зукерт Н.В., Полякова Е.Ю., Пряжников
А.А. Прогноз влияния изменения климата на бореальные леса
России./ Лесоведение, №3, 1993. С.16-23.
25. Методические указания по прогнозированию пожарной опасности
в лесах по условиям погоды. - М.: Гидрометеоиздат. 1975. 15
с.
26. Fosberg, M.A., J.G. Goldammer, D. Rind, and C. Price.1990.
Global change: effects on forest ecosystems and wildfire severity.
In: Fire in the tropical biota. Ecosystem processes and global
challenges. (J.G. Goldammer, ed.), 463-486. Ecological Studies
84, Springer-Verlag. Berlin.
27. Price, C., and D. Rind. 1994 Modeling global lightning
distributions in general circulation model. Mon. Wea. Rev.
122, 1930.
