CC BY
1
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
Научная статья УДК 502.58
doi: 10.18522/1026-2237-2023-4-91-102
ЭНЕРГИЯ И СУТОЧНЫЙ ХОД МОЛНИЕВОЙ АКТИВНОСТИ В ЛОКАЦИЯХ ПОЖАРОВ ОТ ГРОЗ НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ
Андрей Владимирович КаранинНина Алексеевна Кочеева2, Марина Юрьевна Беликова3, Виктор Александрович Какорин4
1,2, з, 4 Горно-Алтайский государственный университет, Горно-Алтайск, Республика Алтай, Россия
1vedmedk@bk. ruB
2nina_kocheewa@mail.ru
3belikovamy@yandex. ru
4wittorio.kakorin@mail.ru
Аннотация. Приводятся результаты исследования суточного хода грозовой активности и энергетических параметров молниевых разрядов в локациях грозовых пожаров. В качестве региона исследования выступает территория Республики Алтай, данные о пожарах получены от Министерст ва природных ресурсов, экологии и туризма Республики Алтай и Алтайского государственного природного биосферного заповедника, данные о грозовой активности предоставлены глобальной сетью регистрации молниевых разрядов WWLLN. Временной интервал исследования - с мая по октябрь 20162020 гг.
Обнаружено смещение максимумов грозовой активности в дни, предшествующие пожарам, со второй половины дня (15-16 ч) на вечернее время (18-19 и 21 ч). Выявлены закономерности почасовой динамики энергии разрядов для территории республики - плавное нарастание медианных значений с первой половины дня к вечеру и снижение в ночное и утреннее время. Установлено, что в дни, предшествующие пожарам, увеличивается медианная энергия разрядов (на 13 % от обычного показателя), также наблюдается увеличение значений первого квартиля энергии разрядов (на 27 % от обычного).
Ключевые слова: природный пожар, пожары от гроз, грозовая активность, энергия молний, плотность молний, суточный ход, WWLLN, Республика Алтай
Для цитирования: Каранин А.В., Кочеева Н.А., Беликова М.Ю., Какорин В.А. Энергия и суточный ход молниевой активности в локациях пожаров от гроз на территории Республики Алтай // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2023. № 4. С. 91-102.
Благодарности: авторы признательны Министерству природных ресурсов, экологии и туризма Республики Алтай и сотрудникам Алтайского государственного природного биосферного заповедника за предоставленные сведения и сотрудничество.
Кроме того, авторы благодарны коллаборации Всемирной сети регистрации молниевых разрядов (World Wide Lightning Location Network (http://wwlln.net)) за предоставление данных, использованных в работе.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Алтай в рамках научного проекта № 20-45-040012.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Каранин А.В., Кочеева Н.А., Беликова М.Ю., Какорин В.А., 2023
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
Original article
ENERGY AND DIURNAL RATE OF THUNDERSTORM ACTIVITY IN THE LIGHTNING INITIATED WILDFIRE LOCATIONS ON THE ALTAI REPUBLIC TERRITORY
Andrey V. Karanin1B, Nina А. Kocheeva2, Marina Yu. Belikova3, Victor A. Kakorin4
i, 2,3,4 Qorno.Altaisk State University, Gorno-Altaisk, Altai Republic, Russia
1vedmedk@bk. ru
2nina_kocheewa@mail.ru^
3belikovamy@yandex. ru
4wittorio.kakorin@mail.ru
Abstract. The article presents the results of a study of the thunderstorm activity diurnal rate and the energy parameters of lightning discharges in locations of thunderstorm fires. The Altai Republic territory serves as the region of research, fire data were obtained from the Ministry of Natural Resources, Ecology and Tourism of the Altai Republic and the Altai State Nature Biosphere, data on thunderstorm activity were provided by the World Wide Lightning Location Network (WWLLN). The study period covers May to October from 2016 to 2020.
It was found that the maximum thunderstorm activity shifts from the second half of the day (15-16 hours) to the evening (18-19 and 21 hours) in the days preceding fires. Regularities in hourly dynamics of discharge energy for the territory of the republic were identified - median values gradually increasing from the first half of the day to the evening and decreasing at night and in the morning. It was also established that in the days preceding fires, there is an increase in median discharge energy (by 13 % from the usual value), as well as an increase in values of the first quartile of discharge energy (by 27 % from the usual value).
Keywords: wildfire, lightning initiated wildfire, thunderstorm activity, lightning energy, lightning density, diurnal rate, WWLLN, Altai Republic
For citation: Karanin A.V., Kocheeva N. А., Belikova M.Yu., Kakorin V.A. Energy and Diurnal Rate of Thunderstorm Activity in the Lightning Initiated Wildfire Locations on the Altai Republic Territory. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2023;(4):91-102. (In Russ.).
Acknowledgments: the authors are grateful to the Ministry of Natural Resources, Ecology and Tourism of the Republic of Altai and the staff of the Altai State Natural Biosphere Reserve for the provided information and cooperation.
In addition, the authors are grateful to the World Wide Lightning Location Network (http://wwlln.net) collaboration for providing the data used in the work.
The study was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research and the Republic of Altai within the framework of scientific project No. 20-45-040012.
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Изучение особенностей генезиса природных пожаров имеет большое значение. Пожары наносят существенный ущерб растительности, животному миру, оказывают разрушительное воздействие на наземные экосистемы, ухудшая биологические, химические и физические свойства почв [1]. Дым, частицы и аэрозоли, поступающие в атмосферу, рассеивают и поглощают солнечное излучение, что приводит к региональным климатическим изменениям, снижению температуры поверхности почв, уменьшению осадков и недостатку влаги [2, 3]. Суммарный объем выбросов пыли и аэрозолей от природных пожаров сопоставим с выбросами от извержения вулканов и может превышать 100 млн т [4]. Небольшой размер частиц дыма позволяет им подниматься на высоту до 10-12 км и разноситься на огромные площади [5]. Токсичная мелкодисперсная взвесь оказывает негативное влияние на здоровье населения. В ряде работ [6-8] отмечаются сильные положительные связи между воздействием дыма и обострениями астмы, бронхита и пневмонии, а также некоторых других заболеваний.
Основная причина пожаров - человеческий фактор [9]. Однако на территориях с малой плотностью населения ведущими являются причины природного происхождения, главную роль среди которых играют грозы. В наименее населенных районах России доля возгораний от гроз достигает 70-90 % от их общего количества [10, 11].
Если учесть, что такие территории обладают разреженной транспортной сетью и слаборазвитой инфраструктурой, вопросы своевременного обнаружения отдалённых возгораний приобретают особую актуальность. Разгоревшийся крупный пожар зачастую нельзя потушить по причине невозможности доставки нужного количества людей и техники к месту стихийного бедствия. Одним из средств мониторинга локаций возможных возгораний могут служить грозопе-ленгационные системы, способные определять координаты молниевых разрядов в оперативном режиме.
В настоящий момент в Республике Алтай на базе Горно-Алтайского государственного университета действует грозопеленгационная станция, которая входит в глобальную систему слежения за молниевой активностью - World Wide Lightning Location Network (WWLLN) [12] - иные системы инструментального контроля молниевой активности в регионе отсутствуют. Сеть WWLLN обладает широким пространственным охватом, станции способны детектировать вспышки, возникающие за тысячи километров от них, что позволяет вести наблюдение за всей территорией республики.
Условия воспламенения природного горючего материала могут зависеть от суточной динамики молниевых разрядов, которая довольно сильно варьируется из-за региональных природно-климатических особенностей [13, 14]. Некоторые исследователи указывают [15], что время суток не оказывает существенного влияния на вероятность возникновения пожара от удара молнии (в пределах изучаемого ими региона) в отличие от времени года. В то же время другие ученые обращают внимание, что молниевые разряды, происходящие ближе к вечеру, способны вызывать отложенные пожары, которые в ночной период находятся в фазе тления [16], а дневные молнии приводят к увеличению площади возгорания [17]. В работе [18] отмечается, что ночное время препятствует распространению пламени из-за более низкой температуры и меньшего дефицита водяного пара, также указывается на ослабление ночного барьера в последние десятилетия из-за климатических преобразований. Исходя из этого, можно предположить, что риск воспламенения от молнии ночью и днём также будет разным.
Вероятность воспламенения природного горючего материала зависит не только от его свойств, влажности и самого факта попадания молнии, но и от энергии разряда, которой должно быть достаточно, чтобы испарить влагу и нагреть горючее до критической температуры. При большой силе тока и высоком сопротивлении почвы вдоль корней дерева возможно образование электрических искр [19], способных инициировать возгорание. Современные системы регистрации молниевой активности могут вычислять энергию вспышки, оцениваемую по радиосигналу в определенном диапазоне частот, и силу тока [20-22].
В этом ключе представляется интересным оценить суточный ход молниевой активности и энергию разрядов в пределах локаций пожаров. Для территории Республики Алтай исследование выполняется впервые.
Материалы и методы
Целью исследования является изучение энергетических параметров и суточного хода молниевой активности в локациях грозовых пожаров на территории Республики Алтай в период с мая по октябрь 2016-2020 гг.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Сбор и обработка данных о количестве, плотности и энергии молниевых разрядов: а - на территории Республики Алтай; б - в локациях пожаров; в - в локациях пожаров за десять дней до их видимого проявления.
2. Анализ энергии и суточного хода молниевой активности по территории региона и в локациях пожаров.
Сведения о грозовых пожарах были предоставлены Министерством природных ресурсов и экологии Республики Алтай, а также Алтайским государственным природным биосферным заповедником.
Данные о грозовой активности предоставлены глобальной сетью регистрации молниевой активности WWLLN (World Wide Lightning Location Network). Сеть состоит из более чем 80 станций, расположенных по всему миру, одна из которых находится на территории Горно-Алтайского государственного университета. Принцип детектирования молниевых разрядов основан на регистрации излучения в очень низкочастотном диапазоне (3-30 кГц), местоположение вспышки и её время определяются по интервалу запаздывания прохождения сигнала от источника до ближайших датчиков [23]. С 2010 г. производится расчет энергии молнии для сферической волны в диапазоне 6-18 кГц за 1,3 мс, принцип которого описывается в работе [24]. WWLLN более чувствительна к разрядам облако - земля, нежели к другим, средняя пространственная точность определения координат молнии составляет около 5 км [25].
Момент регистрации молниевых разрядов происходит по всемирному координированному времени, которое и вносится в базу данных WWLLN. Для расчета суточного ритма молниевой активности возникла необходимость пересчитать эту информацию в местное время. Технически правильным решением задачи стало бы вычисление местного солнечного времени на основе координат долготы зафиксированной вспышки, тогда оно было бы наиболее точным. Однако в этом случае утратилась бы возможность сопоставления с данными пожаров, так как в предоставленных нам материалах указано поясное время регистрации возгорания. Исходя из этого, мы посчитали целесообразным перевести данные по молниевым разрядам не в местное солнечное, а в поясное время. При сравнении результатов с другими работами необходимо учитывать этот момент. В нашем случае разница между поясным и солнечным временем для территории Республики Алтай составляет 1-1,5 ч (поясное больше солнечного), в зависимости от координат долготы события.
Согласно исследованию [26], основная часть лесных пожаров случается в первые пять суток после прохождения грозы, но в отдельных случаях этот период больше. Поэтому предельный период скрытого горения был принят нами за десять дней.
Таким образом, для учета периода тления и погрешности измерения местоположения молнии выборка грозовых разрядов производилась в радиусе 10 км от центра пожара в интервале 10 сут (14 400 мин), предшествовавших его регистрации. Следует отметить, что разряды фиксировались не для каждой подобной локации, в ряде случаев их отмечено не было. Это связано, во-первых, с особенностями регистрации молниевых разрядов системой WWLLN, которая детектирует не все вспышки, а около 11-15 % от их общего числа [27]. Во-вторых, в ходе проведения исследования использовались только данные молний с известным (ненулевым) значением энергии. Всего для анализа молниевой активности в локациях пожаров из 97 возгораний (с известным временем регистрации и точными координатами) полностью всем условиям удовлетворяли только 73 события, по ним и производилась обработка.
Для оценки фоновых условий грозовой активности в локациях пожаров, а также типичности этих условий по отношению к среднереспубликанским была осуществлена выборка разрядов в радиусе 10 км от центра пожара в интервале с мая по октябрь за 2016-2020 гг.
Пространственная и временная выборка данных, расчеты базовых статистических характеристик осуществлялись в геоинформационной системе QGIS [28].
Дискуссия и обсуждение
Республика Алтай расположена на юге Западной Сибири, является горным регионом и характеризуется многообразием природных условий. Повышенная молниевая активность более свойственна северным районам изучаемой территории, отличающимся повышенным количеством осадков, однако пожары от гроз случаются чаще в Центральном Алтае (почти половина от их общего числа), который имеет более аридный климат.
В работе [29] отмечается, что по укрупненным регионам Западной Сибири с 2016 по 2021 г. доля пожаров от гроз варьируется от 5 до 43 % в теплое время года. При этом количество пожаров выше на юго-западе и юге Западной Сибири, а наибольшая вероятность возгорания от молнии наблюдается в северной ее части. Дополним эту картину ситуацией, сложившейся в Республике Алтай. С 2016 по 2020 г. здесь произошло 134 грозовых пожара, что составило 61 % от
суммарного количества пожаров. Высокая доля возгораний от молний объясняется местной спецификой: регион слабо освоен и имеет низкую плотность населения, ряд районов удален и труднодоступен, леса и лесостепи достаточно распространены, площадь лесопокрытой территории составляет 44 % [30].
Для проведения нашего исследования полностью подходили данные только по 73 пожарам, дальнейшая работа выполнялась на их основе.
Суточный ход числа молниевых разрядов для всего региона исследования представлен на рис. 1а. Характер почасового распределения грозовой активности в целом совпадает с результатами ранее выполненного исследования по Алтае-Саянскому региону за 2011-2016 гг. [31].
Минимум грозовой активности приходится на период с 7 до 9 ч, а максимум - с 14 до 17 ч поясного времени, суточная амплитуда составляет 808 % по соотношению наибольшего показателя к наименьшему (0,01496 разряда на 1 км2 в 16 ч; 0,00185 разряда на 1 км2 - в 8 ч).
Для оценки того, насколько типична грозовая активность на участках, где произошли пожары, выявления возможных отклонений от республиканских показателей была осуществлена выборка молниевых разрядов в радиусе 10 км от центра возгорания. На этом этапе отбирались все разряды, зарегистрированные с мая по октябрь в 2016-2020 гг. Выяснилось, что суточный ход грозовой активности здесь почти не отличается от среднереспубликанского (рис. 1б). Несколько более высок ночной пик (0 ч), наблюдается незначительное увеличение числа разрядов в утренние часы (4-5 ч), а также вечером (18 ч), но эти различия слабо выражены. Следовательно, можно говорить о том, что грозовая активность для исследуемых участков возгораний носит типичный характер.
Следующим шагом был выполнен анализ суточного хода молниевых разрядов непосредственно перед пожаром. Для этого были отобраны разряды, случившиеся за десять дней до регистрации возгорания (14 400 мин) в радиусе 10 км от его центра. Заданным условиям отвечали 503 разряда, их почасовое распределение показано на рис. 1в.
Ночной и утренний периоды характеризуются малым количеством молний или полным их отсутствием. Основное число разрядов наблюдается в послеобеденное и вечернее время (с 14 до 22 ч), наибольшие значения отмечаются для 18 (0,0033 разряда на 1 км2) и 21 ч (0,0028 разряда на 1 км2). На графике заметен некоторый сдвиг вправо по сравнению с ситуацией по Республике Алтай в целом. Полученные результаты позволяют говорить о том, что пожары инициируются преимущественно грозами, происходящими во второй половине дня и вечером. Мы полагаем, что ближе к вечернему времени утренняя влага испаряется, воздух и лесная подстилка становятся более сухими, складываются наиболее благоприятные условия для возгорания растительности.
Суточное распределение энергии молний по территории Республики Алтай (рис. 2а) имеет отличия от распределения количества разрядов в течение дня и ночи (рис. 1а).
Медианная энергия разрядов плавно нарастает с 8 (926 Дж) до 18-19 ч, когда доходит до максимальных значений (2267 Дж), затем снижается к ночи, с 0 до 7 ч колеблется в пределах 9821275 Дж, за исключением короткого ночного пика в 2 ч (1477 Дж). Амплитуда значений медианной энергии в течение суток менее выражена, чем суточная амплитуда количества молний на 1 км2, и составляет 245 % по соотношению наибольшего показателя к наименьшему (в 18 ч -2267 Дж, в 8 ч - 926 Дж).
Существенное количество выбросовых значений на диаграмме (черные точки) обусловлено большим размером выборки (от 861 до 6953 разрядов для каждого часа; суммарно - свыше 82 тыс. разрядов).
Суточный ход медианной энергии молний в локациях пожаров в период c мая по октябрь в 2016-2020 г. (рис. 2б) более вариативен в сравнении с республиканскими показателями, но общие тенденции сохраняются - высокие значения - во второй половине дня и вечером (1684-2093 Дж с 16 до 22 ч), низкие - в ночное время и утренние часы (708-1466 Дж с 0 до 11 ч). Максимумы наблюдаются в 18 (2006 Дж) и 22 ч (2093 Дж), минимумы - в 5 (763 Дж) и 11 ч (706 Дж). Амплитуда значений медианной энергии разрядов составляет 296 %. Исходя из этого, суточное распределение энергии молний в локациях пожаров можно признать близким к типичному.
Иначе дело обстоит с почасовой динамикой энергетических параметров разрядов в интервале 10 дней перед пожаром (рис. 2в).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
0,016 -0,014 0,012 ■
ü
x
3 и о H
я И о s о со H
о er s
4 о W
0,010 -0,0080,006-0,0040,002 -0,000 т1-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Час (местное поясное время) а/а
а
я
о.
х
в я H о S о и н о <D В4
s ч
о
«
0,016 0,014
0,012 0,010 0,008 0,0060,004 0,002-
0,000-
—Ï—ï—т—т—г—г—г—т—т—т—ï—Ï—т—ï—г—т—т—т—I—т—т—
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Час (местное поясное время)
б/Ь
о и H о 0} в-S ч о И
0,0035
0,0030
я
£
и 0,0025
0,0020
0,0015
S 0,0010
0,0005
О
XI
lO
п
0,0000 -I-I-1-1-i-1-i-1-Т-i-i—i—i—i—I—i-I—г
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Час (местное поясное время) в/c
Рис. 1. Суточный ход молниевой активности: а - среднее за период с мая по октябрь по Республике Алтай; б - среднее за период с мая по октябрь в локациях пожаров; в - среднее в локациях пожаров за период десяти дней до их проявления / Fig. 1. Diurnal flash rate: a - average for the period from May to October across the Altai Republic; b - average for the period from May to October in fire locations; c - average for the ten-day period preceding fires in their locations
1000000
10000
a
<D «
1&06 1017 982
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Час (местное поясное время) а/а
юоооо » I
10000
С ищи р
е н
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Час (местное поясное время)
б/b
10000
1000
р
е н
1
mi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Час (местное поясное время)
в/с
Рис. 2. Суточный ход энергии молниевых разрядов (внутри диаграмм подписаны медианные значения энергий): а - по Республике Алтай в период с мая по октябрь; б - в локациях пожаров в период c мая по октябрь; в - в локациях пожаров за период десяти дней до их проявления / Fig. 2. Diurnal energy
variation of lightning discharges (median energy values are labeled inside the diagrams): a - across the Altai Republic during the period from May to October; b - in fire locations during the period from May to October; c - in fire locations during the 10-day interval prior to their occurrence
Если в период с мая по октябрь исследуемый показатель меняется достаточно плавно в течение дня, то перед пожаром отмечаются достаточно резкие перепады от часа к часу. Какой-либо закономерности распределения суточного хода энергии молний не прослеживается. Наибольшая медианная энергия молний в локациях пожаров фиксируется в утренние часы (в 5 ч - 10026 Дж; в 8 ч - 11701 Дж), при этом в 7 ч регистрируется одно из самых низких значений (699 Дж). Максимальное количество молний с большой энергией проявляется в 21 ч (63 разряда; медианная энергия - 4113 Дж), с малой энергией - в 18 ч (75 разрядов; медианная энергия - 903 Дж). Такие значительные вариации, вероятно, объясняются меньшим размером выборки (суммарно 503 разряда), особенно малочисленной для утренних часов (с 5 до 8 ч зарегистрировано всего 10 разрядов). Учитывая, что регистрируемая энергия молний может различаться на несколько порядков (максимальная в нашем случае составила 211 кДж, минимальная - 92 Дж), при малом количестве разрядов может наблюдаться существенный разброс значений. Исходя из этого, было принято решение произвести сравнение статистических показателей разных выборок энергии молниевой активности безотносительно суточной динамики (таблица).
Энергия молниевых разрядов, Дж / Energy of lightning discharges, J
Показатель Минимум Максимум Медиана Квартиль-1 Квартиль-3
Вся республика с мая по октябрь 4 923511 1515 617 4336
Локации пожаров с мая по октябрь 20 923511 1434 583 3882
Локации пожаров в интервале 10 дней до проявления возгорания 92 211393 1620 743 4183
Медианная энергия молний по изучаемой территории составила 1515 Дж, что выше глобальных показателей, которые колеблются около 1000 Дж [32]. Это характерная ситуация для Западной Сибири, доля разрядов свыше 10 кДж в среднегорьях и высокогорьях больше, чем на равнинах и низкогорьях [33].
За весь период наблюдения (2016-2020 гг.) в регионе не зафиксировано ни одной сверхмолнии, к которым принято относить разряды с энергией свыше 1 млн Дж, максимальный зарегистрированный показатель составил 0,923 млн Дж.
Величина медианной энергии молний в локациях возгораний в период с мая по октябрь чуть ниже республиканской, также ниже располагаются границы первого и третьего квартиля. В интервале 10 дней до пожара медианная энергия разрядов растёт до 1620 Дж (на 13 % выше обычного показателя для исследуемых участков), также поднимаются значения границы первого (743 Дж, на 27 % выше обычного показателя) и третьего квартиля (4183 Дж, на 8 % выше обычного показателя). Следовательно, можно говорить о том, что более энергоёмкие грозовые разряды увеличивают риск воспламенения природного горючего материала. Тем не менее должны заметить, что энергия молнии, рассматриваемая сама по себе, в отрыве от других факторов, влияющих на инициацию возгорания, не может служить надёжным предиктором пожара. Удары даже слабых молний при наличии соответствующих условий способны привести к воспламенению. Например, пожар, произошедший в долине р. Урсул, неподалёку от села Бичикту-Бом (Он-гудайский район), был инициирован одиночным разрядом - 130 Дж. Вместе с тем учёт энергии разряда в комплексе с другими параметрами, по нашему мнению, способен повысить точность определения пожароопасных участков при прохождении грозы.
Заключение
Суточный ход грозовой активности в локациях пожаров и в целом на территории Республики Алтай имеет мало отличий. Можно считать исследуемые участки возгораний типичными в плане почасовой динамики количества молниевых разрядов. В интервале 10 дней до возникновения пожара динамика меняется, наблюдается смещение максимумов грозовой активности с 15-16 к 18-19 и 21 ч. Исходя из этого, можно предположить, что существенная часть возгораний инициируется молниями в вечернее время.
Суточный ход энергии разрядов по территории Республики Алтай и в локациях пожаров имеет ряд общих черт - плавное нарастание медианных значений с первой половины дня к вечеру и снижение в ночное время. В отличие от почасового распределения числа молниевых разрядов, максимумы активности приходятся на 18 и 22 ч (по участкам возгораний) и 18-19 ч (по Республике Алтай). Минимумы свойственны утреннему времени и первой половине дня. Несмотря на некоторые отличия, суточный ход медианной энергии разрядов в локациях пожаров можно признать близким к среднерегиональным показателям.
Суточный ход энергии разрядов за десятидневный период, предшествовавший пожарам, не имеет выраженных закономерностей, наблюдаются сильные перепады медианных значений от одного часа к другому. При этом в соседние часы могут отмечаться наибольшие и наименьшие показатели. Дальнейшее изучение этого вопроса требует увеличения объема данных.
В интервале 10 дней до пожара медианная энергия разрядов увеличивается на 13 % выше фонового показателя для исследуемых участков, причем значения границы первого квартиля энергии поднимаются еще больше - на 27 % выше фоновых значений и на 20 % выше средних по региону. Подобные тенденции могут говорить о необходимости учета энергии разрядов в совокупности с другими факторами для выявления участков возгораний от гроз.
Список источников
1. Agbeshie A.A., Abugre S., Atta-Darkwa T., Awuah R. A review of the effects of forest fire on soil properties // J. of Forestry Research. 2022. Vol. 33, № 5. P. 1419-1441. URL: https://link.springer.com/article/ 10.1007/s11676-022-01475-4 (дата обращения: 12.05.2023).
2. Liu Y., Goodrich S., Heilman W. Wildland fire emissions, carbon, and climate: Wildfire-climate interactions // Forest Ecology and Management. 2014. Vol. 317. P. 80-96. URL: https://www.sciencedirect.com/science/ article/abs/pii/S037811271300114X (дата обращения: 12.05.2023).
3. Гришин А.М. О влиянии негативных экологических последствий лесных пожаров // Экологические системы и приборы. 2003. № 4. С. 40-43.
4. Малахов С.Г., Махонько Е.П. Выброс токсичных металлов в атмосферу и их накопление в поверхностном слое земли // Успехи химии. 1990. Т. 59, вып. 11. С. 1777-1798. https://doi.org/10.1070/RC1990v059n11ABEH003575.
5. Щербов Б.Л., Лазарева Е.В., Журкова И.С. Лесные пожары и их последствия (на примере сибирских объектов). Новосибирск: Гео, 2015. 154 с.
6. Youssouf H., Liousse C., Roblou L., Assamoi E.-M., Salonen R.O., Maesano C., Banerjee S., Annesi-Maesano I. Non-accidental health impacts of wildfire smoke // Int. J. of Environmental Research and Public Health. 2014. Vol. 11, № 11. P. 11772-11804. https://doi.org/10.3390/ijerph111111772.
7. Liu J.C., Pereira G., Uhl S.A., Bravo M.A., BellM.L. A systematic review of the physical health impacts from non-occupational exposure to wildfire smoke // Environmental Research. 2015. Vol. 136. P. 120-132. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25460628/ (дата обращения: 12.05.2023).
8. Reid C.E., Brauer M., Johnston F.H., JerrettM., Balmes J.R., Elliott C.T. Critical review of health impacts of wildfire smoke exposure // Environmental Health Perspectives. 2016. Vol. 124, № 9. P. 1334-1343. https://doi.org/10.1289/ehp. 1409277.
9. Каницкая Л.В. Лесная пирология: учеб. пособие. Иркутск: Байкальский гос. ун-т, 2013. 212 с.
10. Козлов В.И., Муллаяров В.А., Соловьев В.С. Лесные пожары в Якутии от гроз // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 2, № 6. С. 388.
11. Пономарев Е.И., Иванов В.А., Коршунов Н.А. Спутниковые данные TOVS при решении задачи прогнозирования грозовой пожарной опасности в лесу // География и природные ресурсы. 2006. № 1. С. 147150.
12. Всемирная сеть локализации молниевых разрядов (WWLLN). URL: http://wwlln.net (дата обращения: 12.05.2023).
13. Virts K.S., Wallace J.M., Hutchins M.L., Holzworth R.H. Highlights of a New Ground-Based, Hourly Global Lightning Climatology // Bulletin of the American Meteorological Society. 2013. Vol. 94(9). P. 13811391. URL: https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/94/9/bams-d-12-00082.1.xml (дата обращения: 12.05.2023).
14. Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit // Atmospheric Research. 2014. Vol. 135-136. P. 228-243. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.09.023.
15. Dowdy A.J., Mills G. Characteristics of lightning-attributed wildland fires in south-east Australia // Int. J. of Wildland Fire. 2012. Vol. 21. P. 521-524. https://doi.org/10.1071/WF10145.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
16. Pineda N., Altube P., Alcasena F.J., Casellas E., San Segundo H., Montanya J. Characterizing the holdover phase of lightning-ignited wildfires in Catalonia // Agricultural and Forest Meteorology. 2022. Vol. 324. P. 109111. URL: https://ssrn.com/abstract=4022142 (дата обращения: 12.05.2023).
17. MüllerM.M., VacikH. Characteristics of lightnings igniting forest fires in Austria // Agricultural and Forest Meteorology. 2017. Vol. 240. P. 26-34.
18. Balch J.K., Abatzoglou J.T., Joseph M.B., Kootz M.J., Mahood A.L., McGlinchy J., Cattau M., Williams A.P. Warming weakens the night-time barrier to global fire // Nature. 2022. Vol. 602. P. 442-448. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04325-1.
19. Иванов В.А. Лесные пожары от гроз на Енисейской равнине : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Красноярск, 1996. 23 с.
20. HutchinsM.L., Holzworth R.H., Brundell J.B., Rodger C.J. Relative detection efficiency of the World Wide Lightning Location Network // Radio Sci. 2012. Vol. 47. RS6005. Doi:10.1029/2012RS005049.
21. Аджиев А.Х., Кулиев Д.Д., Аджиева А.А., Куповых Г.В., Тумгоева Х.А. Определение параметров молниевых разрядов с использованием грозорегистратора LS8000 // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2018. № 3 (199). С. 55-62. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-parametrov-molnievyh-razryadov-s-ispolzovaniem-grozoregistratora-ls8000 (дата обращения: 12.05.2023).
22. Ершова Т.В., Горбатенко В.П. Параметры молниевой активности по инструментальным измерениям // Вестн. ТГПУ. 2011. № 5. С. 150-154. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/parametry-molnievoy-aktivnosti-po-instrumentalnym-izmereniyam (дата обращения: 12.05.2023).
23. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites // J. of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. Vol. 64, № 7. P. 817-830. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(02)00085-8.
24. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Rodger C.J., Brundell J.B. Far-Field Power of Lightning Strokes as Measured by the World Wide Lightning Location Network // J. Atmos. Oceanic Technol. 2012. Vol. 29. P. 1102-1110. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-11-00174.1.
25. Abarca S.F., Corbosiero K.L., Galarneau Jr. T.J. An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth // J. Geophys. Res. 2010. Vol. 115, D18206. Doi: 10.1029/2009JD013411.
26. Иванов В.А., Коршунов Н.А., Матвеев П.М. Пожары от молний в лесах Красноярского Приангарья. Красноярск: СибГТУ, 2004. 132 с.
27. HutchinsM.L., Holzworth R.H., Virts K.S., Wallace J.M., Heckman S. Radiated VLF energy differences of land and oceanic lightning // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40, № 10. P. 2390-2394. https://doi.org/10.1002/grl.50406.
28. QGIS Geographic Information System. QGIS Association, 2022. URL: http://www.qgis.org (дата обращения: 12.05.2023).
29. Kharyutkina E., Pustovalov K., Moraru E., Nechepurenko O. Analysis of Spatio-Temporal Variability of Lightning Activity and Wildfires in Western Siberia during 2016-2021 // Atmosphere. 2022. Vol. 13. P. 669. https://doi.org/10.3390/atmos13050669.
30. Лесной план Республики Алтай: руководящий документ. Горно-Алтайск, 2008 г. 572 с.
31. Каранина С.Ю., Кочеева Н.А., Каранин А.В. Пространственное и временное распределение молниевых разрядов по территории Алтае-Саянского региона // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2017. № 4-1 (196). С. 128-138. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prostranstvennoe-i-vremennoe-raspredelenie-molnievyh-razryadov-po-territorii-altae-sayanskogo-regiona (дата обращения: 12.05.2023).
32. Holzworth R.H., McCarthy M. P., Brundell J. B., Jacobson A. R., Rodger C. J. Global distribution of su-perbolts // J. of Geophysical Research: Atmospheres. 2019. Vol. 124. P. 9996-10005. https://doi.org/10.1029/2019JD030975.
33. Karanina S.Yu., Karanin A.V., Kocheeva N.A., Belikova M.Yu. Assessment of the lightning discharge energy depending on the height of the territory above sea level for Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 840, № 1. P. 012034. https://doi.Org/10.1088/1755-1315/840/1/012034.
References
1. Agbeshie A.A., Abugre S., Atta-Darkwa T., Awuah R. A review of the effects of forest fire on soil properties. Journal of Forestry Research. 2022;33(5):1419-1441. Available from: https://link.springer.com/arti-cle/10.1007/s11676-022-01475-4 [Accessed 12th May 2023].
2. Liu Y., Goodrick S., Heilman W. Wildland fire emissions, carbon, and climate: Wildfire-climate interactions. Forest Ecology and Management. 2014;317:80-96. Available from: https://www.sciencedirect.com /science/article/abs/pii/S037811271300114X [Accessed 12th May 2023].
3. Grishin A.M. On the impact of negative environmental consequences of forest fires. Ekologicheskie sistemy i pribory = Ecological Systems and Devices. 2003;(4):40-43. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
4. Malakhov S.G., Makhonko E.P. Emission of toxic metals into the atmosphere and their accumulation in the surface layer of the Earth. Russian Chem. Reviews. 1990;59(11):1037-1050, https://doi.org/10.1070/ RC1990v059n11ABEH003575.
5. Shcherbov B.L., Lazareva E.V., Zhurkova I.S. Forest fires and their consequences (using examples from Siberian locations). Novosibirsk: Geo Publ.; 2015. 154 p. (In Russ.).
6. Youssouf H., Liousse C., Roblou L., Assamoi E.-M., Salonen R.O., Maesano C., Banerjee S., Annesi-Maesano I. Non-accidental health impacts of wildfire smoke. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2014;11(11):11772-11804, https://doi.org/10.3390/ijerph111111772.
7. Liu J.C., Pereira G., Uhl S.A., Bravo M.A., Bell M.L. A systematic review of the physical health impacts from non-occupational exposure to wildfire smoke. Environmental Research. 2015;136:120-132. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25460628/ [Accessed 12th May 2023].
8. Reid C.E., Brauer M., Johnston F.H., Jerrett M., Balmes J.R., Elliott C.T. Critical review of health impacts of wildfire smoke exposure. Environmental Health Perspectives. 2016;124(9):1334-1343, https://doi.org/10.1289/ehp. 1409277.
9. Kanitskaya L.V. Forestpyrology: Study guide. Irkutsk: Baikal State University Press; 2013. 212 p. (In Russ.).
10. Kozlov V.I., Mullayarov V.A., Solov'ev V.S. Forest Fires in Yakutia from Thunderstorms. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa = Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space. 2009;2(6):388. (In Russ.).
11. Ponomarev E.I., Ivanov V.A., Korshunov N.A. TOVS satellite data in solving the problem of predicting thunderstorm fire hazard in the forest. Geografya i prirodnye resursy = Geography and Natural Resources. 2006;(1):147-150. (In Russ.).
12. World Wide Lightning Location Network (WWLLN). Available from: http://wwlln.net [Accessed 12th May 2023].
13. Virts K.S., Wallace J.M., Hutchins M.L., Holzworth R.H. Highlights of a New Ground-Based, Hourly Global Lightning Climatology. Bulletin of the American Meteorological Society. 2013;94(9):1381-1391. Available from: https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/94/9/bams-d-12-00082.1.xml [Accessed 12th May 2023].
14. Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmospheric Research. 2014;135-136:228-243, https://doi.org/10.1016Zj.atmosres.2012.09.023.
15. Dowdy A.J., Mills G. Characteristics of lightning-attributed wildland fires in south-east Australia. International Journal of Wildland Fire. 2012;21:521-524, https://doi.org/10.1071/WF10145.
16. Pineda N., Altube P., Alcasena F.J., Casellas E., San Segundo H., Montanyá J. Characterizing the holdover phase of lightning-ignited wildfires in Catalonia. Agricultural and Forest Meteorology. 2022;324:109111. Available from: https://ssrn.com/abstract=4022142 [Accessed 12th May 2023].
17. Müller M. M., Vacik H. Characteristics of lightnings igniting forest fires in Austria. Agricultural and Forest Meteorology. 2017;240:26-34.
18. Balch J.K., Abatzoglou J.T., Joseph M.B., Kootz M.J., Mahood A.L., McGlinchy J., Cattau M., Williams A.P. Warming weakens the night-time barrier to global fire. Nature. 2022;602:442-448, https://doi.org/ 10.1038/s41586-021-04325-1.
19. Ivanov V.A. Forest fires from thunderstorms on the Yenisei Plain. Dissertation Thesis. Krasnoyarsk, 1996. 23 p. (In Russ.).
20. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Brundell J.B., Rodger C.J. Relative detection efficiency of the World Wide Lightning Location Network. Radio Sci. 2012;47:RS6005, doi:10.1029/2012RS005049.
21. Adzhiev A.Kh., Kuliev D.D., Adzhieva A.A., Kupovykh G.V., Tumgoeva Kh.A. Identification of lightning discharge parameters using the LS8000 lightning detector. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki = Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2018;(3):55-62. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-parametrov-molnievyh-razryadov-s-ispolzovaniem-grozoregistra-tora-ls8000 [Accessed 12th May 2023]. (In Russ.).
22. Ershova T.V., Gorbatenko V.P. Lightning activity parameters according to instrumental measurements. Vestn. TGPU = Tomsk State Pedagogical University Bulletin. 2011;(5):150-154. Available from: https://cyber-leninka.ru/article/nparametry-molnievoy-aktivnosti-po-instmmentalnym-izmereniyam [Accessed 12th May 2023]. (In Russ.).
23. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002;64(7):817-830, https://doi.org/10.1016/ S1364-6826(02)00085-8.
24. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Rodger C.J., Brundell J.B. Far-Field Power of Lightning Strokes as Measured by the World Wide Lightning Location Network. J. Atmos. Oceanic Technol. 2012;29:1102-1110, https://doi.org/10.! 175/JTECH-D-11-00174.1.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 4
25. Abarca S.F., Corbosiero K.L., Galarneau Jr. T.J. An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth. J. Geophys. Res. 2010;115:D18206, doi:10.1029/2009JD013411.
26. lvanov V.A., Korshunov N.A., Matveev P.M. Fires from lightning in the forests of the Krasnoyarsk Angara. Krasnoyarsk: Siberian State Technological University Press; 2004. 132 p. (In Russ.).
27. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Virts K.S., Wallace J.M., Heckman S. Radiated VLF energy differences of land and oceanic lightning. Geophysical Research Letters. 2013;40(10):2390-2394, https://doi.org/10.1002/ grl.50406.
28. QGIS Geographic Information System. QGlS Association, 2022. Available from: http://www.qgis.org [Accessed 12th May 2023].
29. Kharyutkina E., Pustovalov K., Moraru E., Nechepurenko O. Analysis of Spatio-Temporal Variability of Lightning Activity and Wildfires in Western Siberia during 2016-2021. Atmosphere. 2022;13:669, https://doi.org/10.3390/atmos13050669.
30. Forest Plan of the Republic of Altai: guidance document. Gorno-Altaisk, 2008. 572 p. (ln Russ.).
31. Karanina S.Yu., Kocheeva N.A., Karanin A.V. Spatial and temporal distribution of lightning discharges over the territory of the Altai-Sayan region. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki = Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2017;(4-1):128-138. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/prostranstvennoe-i-vremennoe-raspredelenie-molnievyh-razryadov-po-territorii-altae-sayanskogo-regiona [Accessed 12th May 2023]. (ln Russ.).
32. Holzworth R.H., McCarthy M.P., Brundell J.B., Jacobson A.R., Rodger C.J. Global distribution of super-bolts. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2019;124:9996-10005, https://doi.org/10.1029/ 2019JD030975.
33. Karanina S.Yu., Karanin A.V., Kocheeva N.A., Belikova M.Yu. Assessment of the lightning discharge energy depending on the height of the territory above sea level for Western Siberia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;840(1):012034, https://doi.org/10.1088/1755-1315/840/1/012034.
Информация об авторах
A.В. Каранин - кандидат географических наук, доцент, кафедра географии и природопользования.
Н.А. Кочеева - кандидат геолого-минералогических наук, доцент, кафедра географии и природопользования.
М.Ю. Беликова - старший преподаватель, кафедра математики, физики и информатики.
B.А. Какорин - магистрант, кафедра географии и природопользования.
Information about the authors
A.V. Karanin - Candidate of Science (Geography), Associate Professor, Department of Geography and Environmental Management.
N.A. Kocheeva - Candidate of Science (Geology and Mineralogy), Associate Professor, Department of Geography and Environmental Management.
M.Yu. Belikova - Senior Lecturer, Department of Mathematics, Physics and Informatics. V.A. Kakorin - Master's Student, Department of Geography and Environmental Management.
Статья поступила в редакцию 06.06.2023; одобрена после рецензирования 02.07.2023; принята к публикации 30.10.2023. The article was submitted 06.06.2023; approved after reviewing 02.07.2023; accepted for publication 30.10.2023.
