Исследование зависимости между солнечной активностью и периодами повышенной горимости лесов республик Марий Эл и Коми Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ И ПЕРИОДАМИ ПОВЫШЕННОЙ ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ РЕСПУБЛИК МАРИЙ ЭЛ И КОМИ

Т.Е. КАТКОВА, асп. каф. экономики и организации производства МарГТУ

Лесные пожары ежегодно наносят огромный ущерб народному хозяйству и окружающей среде. Масштаб воздействия лесных пожаров на биосферу Земли позволяет относить их к глобальным явлениям. В России в зоне активной охраны лесов ежегодно регистрируется от 10 до 30 тыс. лесных пожаров общей площадью от 0,5 до 2,1 млн га. Площадь уничтожаемых пожарами лесов сопоставима с площадью лесов, вырубаемых в ходе заготовки древесины. Экономика целых районов разрушалась, если пожар уничтожал их лесосырьевую базу. Большое количество и опасность лесных пожаров, огромные потери древесных ресурсов, социальных, экологических, экономических ценностей являются основанием для усиления мер по предупреждению и борьбе с лесными пожарами. Для повышения эффективности противопожарной охраны лесов особую актуальность имеет выявление возможных закономерностей и прогнозирование периодов повышенной го-римости лесов.

Рассматриваются различные факторы, оказывающие влияние на горимость лесов. Так, мнение о возможной связи повышенной горимости лесов с периодичностью в изменении солнечных пятен (чисел Вольфа) высказывал в 1978 г. И.С. Мелехов [1]. Попытки исследовать данную зависимость были осуществлены М.Е. Ткаченко, Т.В. Костыриной, которыми были получены противоречивые выводы. Т.В. Костырина в 1978 г. проводила исследование вспышек лесных пожаров на юге Хабаровского края и связи их с числами Вольфа. Для оценки степени пожарной опасности по годам ею были использованы средний класс пожарной опасности по погоде и гидротермический коэффициент Селяни-нова. В результате проведенных исследований Т.В. Костыриной был сделан следующий вывод: «не выявляется связь между числами

Вольфа и высокой напряженностью пожароопасных сезонов и весен и, по-видимому, таковая отсутствует» [2].

С.И. Душа-Гудымом были проведены исследования зависимости хода горимости лесов РСФСР от солнечной активности за период 1931-1978 гг. Им были получены следующие выводы: «результаты анализов горимости лесов РСФСР за полстолетия и хода солнечной активности в течение 4-х полных и 2-х неполных 11-летних циклов показывают, что наиболее благоприятные условия для возникновения лесных пожаров в ряде регионов создаются в периоды (эпохи) максимумов и минимумов солнечной активности, определяемые числами Вольфа, и на линии (ветви) спада. Для ряда областей эта тенденция нехарактерна. Общий характер многолетнего хода горимости лесов РСФСР определяется регионами, для которых характерна установленная тенденция. В наступлении лет пожарных максимумов (пиков) по РСФСР в периоды солнечных максимумом и минимумов, а также на ветви спада солнечной активности прослеживается картина, близкая к распределению засух по группам лет максимума и минимума на европейской территории республики. Вопрос о характере связей между флуктуациями солнечной активности и горимостью лесов по отдельным регионам требует проведения дальнейших исследований» [3].

Необходимо отметить, что при исследовании данной зависимости С.И. Душа-Гудымом были использованы среднегодовые значения чисел Вольфа за период 1931-1978 гг.

Цель работы заключается в исследовании зависимости между периодическими изменениями солнечной активности (СА) и периодами повышенной горимости лесов республик Марий Эл (РМЭ) и Коми (РК).

Поставленная цель определила следующие задачи исследования:

- проанализировать многолетнюю динамику числа лесных пожаров, возникающих на территории РМЭ и РК, периодические изменения СА;

- исследовать зависимость между периодическими изменениями СА и периодами повышенной горимости лесов РМЭ и РК;

- изучить возможность использования рассматриваемой зависимости для прогнозирования всплесков горимости лесов данных республик.

Одной из особенностей солнца являются почти периодические, по крайней мере, на этапе научных наблюдений, изменения различных проявлений СА. Солнечной активностью принято называть всю совокупность наблюдаемых нестационарных явлений в атмосфере Солнца, его излучение в разных диапазонах электромагнитных волн и потоках частиц различных энергий. Усиление СА, повторяющееся через интервалы времени от 5 до 15 лет, характеризуется увеличением числа активных образований в солнечной атмосфере и образуемых их совокупностью активных областей на Солнце. Было установлено, что от минимума до максимума СА проходит в среднем 4,6 года, тогда как от максимума до минимума - 6,7 года, общая продолжительность цикла составляет около 11 лет.

Степень СА определяется индексами солнечной активности, одним из которых является число Вольфа, или относительное цюрихское число солнечных пятен. Данный индекс характеризует пятнообразовательную деятельность Солнца и вычисляется по формуле

Т¥=к(/+10§)[4], где / - количество наблюдаемых на диске Солнца пятен; g - количество групп пятен;

к - нормировочный коэффициент, выводимый для каждого наблюдателя и телескопа.

Этот индекс отражает вклад в СА не только от пятен, но и от всей активной области, в основном занятой факелами. Поэтому числа Вольфа хорошо согласуются с современными более точными индексами, например, величиной потока радиоизлучения от всего Солнца на волне 10,7 см. Числа Вольфа, рассчитанные на каждый день, осредняются по месяцам и годам. По этим данным строят график, отображающий уровень СА (рис. 1).

Исследование зависимости между периодическими изменениями СА и периодами повышенной горимости лесов проводилось нами для РМЭ и РК, представляющих территории с преобладанием разных групп лесных формаций (табл. 1). Леса РК представляют собой темнохвойные таежные леса. Основной лесообразующей породой в РК является ель, на долю которой приходится 56 % покрытой лесом площади (табл. 1). Породный состав в лесах РМЭ достаточно разнообразен, но в целом преобладают две лесообразующие породы - сосна и береза, занимающие примерно 75 % покрытой лесом площади (табл. 1). Таким образом, рассматриваемая зависимость выявлялась и изучалась для лесов различных типов.

По РК рассмотрен период 1950-2004 гг., включающий 4 полных 11-летних цикла СА (девятнадцатый, двадцатый, двадцать первый, двадцать второй) и неполный цикл (двадцать третий). По РМЭ рассмотрен период 1963-2004 гг., включающий 3 полных 11-летних цикла СА (двадцатый, двадцать первый, двадцать второй) и неполный цикл (двадцать третий).

Таблица 1

Распределение площади лесов по преобладающим породам

Показатель РК РМЭ

Общая площадь земель лесного фонда 38700 тыс. га. 1174, 2 тыс. га.

Доля хвойных пород в лесопокрытой площади 81,8% 50,9 %

Доля лиственных пород в лесопокрытой площади 18,2% 49,1 %

Основные лесообразующие породы Ель (56 %), сосна (25 %), береза (16 %) Сосна (41 %), береза (35 %), ель (10%)

Таблица 2

Статистические данные по числу лесных пожаров

Субъект Период Число пожаров за период, шт. Среднегодовое число пожаров за период, шт.

РК 1950-2004 гг. (55 лет) 29520 537

РМЭ 1963-2004 гг. (42 года) 5075 121

Пожары возникают в течение пожароопасного сезона, под которым понимают время, когда в лесах возможно возникновение пожаров, сезон начинается с момента схода снежного покрова и продолжается до наступления устойчивой дождливой осенней погоды. В РМЭ и РК пожароопасный сезон длится с апреля по октябрь включительно. Поэтому для изучения зависимости были рассчитаны и использованы средние значения чисел Вольфа за пожароопасный сезон по годам изучаемого периода времени, включающего по РК и РМЭ 55 лет и 42 года соответственно. Для РМЭ также использовались среднегодовые значения чисел Вольфа. По нашему мнению, использование средних значений чисел Вольфа за пожароопасный сезон, а не среднегодовых значений позволяет более точно установить и изучить зависимость между периодическими изменениями СА и периодами повышенной горимости лесов. В соответствии с установленными правилами число пожаров по годам рассматриваемых периодов показано в процентах: число пожаров по каждому году делилось на среднегодовое число пожаров за изучаемый период (табл. 2) и умножалось на 100 %.

На рис. 1 показан график многолетней динамики числа лесных пожаров в % по РМЭ и периодических изменений СА, определяемых по среднегодовым значениям чисел Вольфа. Графики многолетней динамики числа пожаров в % по РМЭ и РК и периодических изменений СА, определяемых по средним за пожароопасный сезон значениям чисел Вольфа, показаны на рис. 2 и 3 соответственно.

В результате анализа статистического материала по числу лесных пожаров и числам Вольфа, полученных графиков составлена табл. 3, в которой показаны годы экстремумов и пиков СА по 11 -летним циклам СА, а также

годы пиков горимости лесов. Периоды максимумов и минимумов (экстремумов) СА по 11-летним циклам включают несколько лет, значения чисел Вольфа в которых очень близки между собой и резко отличаются от предшествующих и последующих лет цикла СА. Годы пиков СА по 11-летним циклам представляют собой годы абсолютного максимума и минимума каждого цикла СА. Под пиками горимости лесов, или пожарными максимумами, понимаются периоды наибольшей горимости лесов (рис. 1, 2, 3).

Таким образом, в течение рассматриваемых 55 лет было 10 периодов с экстремальными показателями СА: 5 минимумов и 5 максимумов. В течение рассматриваемых 42 лет было 8 периодов с экстремальными показателями СА: 4 минимума и 4 максимума. По рис. 1, 2, 3 и табл. 3 видно, что в годы экстремумов СА по 11-летним циклам СА в лесах РК и РМЭ отмечается высокая и чрезвычайная горимость. В эти годы количество и площади лесных пожаров резко возрастали, причем в некоторые из этих лет лесные пожары принимали характер стихийного бедствия. Абсолютное совпадение пиков СА и пиков горимости в РК наблюдается в 1964 г. и 2000 г., в РМЭ - в 1964 г., 1972 г, 1979 г., 1986 г, 1996 г.

Анализируя горимость лесов РМЭ в течение текущего двадцать третьего цикла СА, можно отметить, что пики горимости лесов наблюдались в 1996 г. (пик СА - минимум), 1999 г. и в 2002 г. Число лесных пожаров, возникших в 2002 г., близко к числу лесных пожаров, произошедших в РМЭ в 1972 г. Всплеск горимости лесов РМЭ в 2002 г. также связан с СА, т.к. хотя максимум активности текущего цикла СА пришелся на середину 2000 г., однако последующий спад СА вновь сменился ростом СА в начале 2002 г.

180

350

Годы

Среднегодовое значение чисел Вольфа """Число лесных пожаров по РМЭ, %

Рис. 1. Многолетняя динамика числа лесных пожаров РМЭ и величины СА по среднегодовым значениям чисел Вольфа

180

350

300

200

чР

250 о^

03

о

3* к

о в

з

в

о

и Ц

о

Ц о

150

100

гч <ч

Голы

Среднее значение чисел Вольфа за пожароопасный сезон Число лесных пожаров по РМЭ, %

Рис. 2. Многолетняя динамика числа лесных пожаров РМЭ и величины СА по средним значениям чисел Вольфа за пожароопасный сезон

с-, о*. ^

О N Ч « м О 00 00 60 00 00 о. Ф О* > Ф

Годы

Среднее значение чисел Вольфа за пожароопасный сезон

Число лесных пожаров по Республике Коми, %

Рис. 3. Многолетняя динамика числа лесных пожаров РК и величины СА по средним значениям чисел Вольфа за пожароопасный сезон

Таблица 3

Соотношение минимумов и максимумов солнечной активности и периодов

повышенной горимости лесов

Годы экстремумов СА по 11-летним циклам СА Годы пиков СА по 11-летним циклам СА Годы пиков го эимости лесов

РК РМЭ

Минимум 1953 - 1954 гг. 1954 г. 1953 г.

Максимум 1956 -1959 гг. 1957 г. 1956 г., 1960 г.

Минимум 1964 - 1965 гг. 1964 г. 1964 г. 1964 г.

Максимум 1968 -1970 гг. 1968 г. 1967 г., 1970 г. 1966 г., 1969 г.

Максимум 1972 г. 1972 г. 1974 г. 1972 г.

Минимум 1975 - 1977 гг. 1976 г. 1974 г., 1977 г. 1975 г., 1977 г.

Максимум 1979-1981 гг. 1979 г. 1980 г., 1981г., 1983 г. 1979 г., 1981 г.

Минимум 1985 - 1986 гг. 1986 г. 1985 г. 1984 г., 1986 г.

Максимум 1988 -1991 гг. 1989 г. 1988 г., 1991 г., 1993 г. 1988 г., 1992 г.

Минимум 1995 - 1997 гг. 1996 г. 1997 г. 1996 г.

Максимум 1999 -2002 гг. 2000 г. 2000 г. 1999 г., 2002 г.

Таблица 4

Двухвершинные пожарные максимумы РМЭ

Годы пиков горимости лесов Годы спада горимости лесов

1964 г., 1966 г. 1965 г.

1975 г., 1977 г. 1976 г.

1977 г., 1979 г. 1978 г.

1979 г., 1981 г. 1980 г.

1984 г., 1986 г. 1985 г.

1986 г., 1988 г. 1987 г.

Необходимо отдельно рассмотреть цикл СА 1964-1976 гг., продолжавшийся 13 лет в отличие от других циклов рассматриваемого периода, продолжительность которых составляла 11 лет. В течение данного цикла СА, максимум которого был в 1968 г., на линии спада СА в 1972 г. наблюдалась аномалия, выразившаяся в том, что спад СА сменился резким ростом СА. В РМЭ в 1972 г. наблюдался всплеск горимости лесов - лесные пожары 1972 г. носили характер стихийного бедствия и вошли в историю Марийского края как одни из самых трагичных по своим последствиям. В 1972 г. в РМЭ возникло 386 пожаров площадью 186411 га, средняя площадь пожара составила 480 га. Помимо ущерба лесного хозяйства, огнем было уничтожено 3 лесных поселка, сгорело 106 жилых домов общей площадью более 7700 кв. м, пострадало 328 семей [5]. Ущерб от уничтожения жилых и производственных зданий, готовой продукции, машин и механизмов составил 1,6 млн руб. (в ценах 1972 г.) [5].

Таким образом, пожарные максимумы 1972 г. и 2002 г. являются подтверждением наличия зависимости между периодически-

ми изменениями СА и периодами повышенной горимости лесов.

В РМЭ за изучаемый период часто наблюдались двухвершинные пожарные максимумы, состоящие из двух пиков, разделяемых однолетним спадом горимости лесов (табл. 4). Для РК данная тенденция нехарактерна.

Таким образом, по результатам проведенного исследования, можно сделать вывод, что наиболее благоприятные условия для всплеска горимости лесов РМЭ и РК, представляющих собой леса различных типов, создаются в годы максимумов и минимумов солнечной активности. Данная зависимость более выражена для РМЭ, чем для РК, что связано, по нашему мнению, с тем, что территории республик характеризуются разными геофизическими условиями.

Полученные выводы подтверждаются архивными данными: на территории Марийского края в XIX в. и XX в. произошло много крупных пожаров, среди которых наиболее трагичными по своим последствиям были лесные пожары 1815, 1823, 1848, 1854, 1891, 1892, 1921, 1937, 1972 гг. [5].

Таблица 5

Соотношение минимумов и максимумов солнечной активности и периодов наиболее трагичных по своим последствиям лесных пожаров Марийского края

Годы экстремумов СА по 11-летним циклам СА Годы пиков СА по 11-летним циклам СА Годы пиков горимости лесов

Максимум 1815-1817 гг. 1816 г. 1815 г.

Минимум 1822-1823 гг. 1823 г. 1823 г.

Максимум 1847-1849 гг. 1848 г. 1848 г.

Минимум 1855-1856 гг. 1856 г. 1854 г.

Максимум 1892-1894 гг. 1893 г. 1891 г., 1892 г.

Минимум 1922-1923 гг. 1923 г. 1921 г.

Максимум 1937-1938 гг. 1937 г. 1937 г.

Максимум 1972г. 1972 г. 1972 г.

Годы экстремумов СА по 11-летним циклам СА Годы пиков СА по 11-летним циклам СА Годы пиков горимости лесов

Минимум 2006-2007 гг. 2006 г. 2006-2007 гг.

Максимум 2011-2013 гг. 2011 г. 2011-2013 гг.

Минимум 2016-2017 гг. 2016 г. 2016-2017 гг.

Таблица.6

Прогноз периодов повышенной горимости лесов

По данным табл. 5 видно, что наиболее трагичные по своим последствиям лесные пожары возникали в марийском крае в годы экстремумов СА; абсолютное совпадение пиков СА и пиков горимости лесов наблюдалось в 1823 г., 1848 г., 1937г.. 1972 г.

Полученные выводы имеют важное значение для прогнозирования очередных всплесков горимости лесов, а следовательно, для обеспечения необходимого уровня противопожарной охраны лесов.

Результаты проведенного исследования позволяют предположить, что вероятный пик (минимум) текущего двадцать третьего цикла СА - 2006 г., в связи с чем можно сделать вывод, что очередной всплеск горимости лесов, скорее всего, будет наблюдаться в 2006-2007 гг. По нашему мнению, если не будет наблюдаться аномалий СА в течение очередного цикла СА, можно составить следующий прогноз периодов повышенной горимости лесов РК и РМЭ (табл. 6).

В годы максимумов и минимумов солнечной активности необходимо усиление

противопожарной охраны лесов, выделение большего резерва средств на тушение лесных пожаров, что позволит сократить ущерб от лесных пожаров, не допустить принятия лесными пожарами характера чрезвычайной ситуации.

Библиографический список

1. Мелехов, И.С. О закономерностях в периодичности горимости лесов / И.С. Мелехов: сб. работ по лесному хозяйству и лесохимии Архангельского института леса и лесохимии. - Архангельск, 1971. -С. 4-26.

2. Костырина, Т.В. Прогнозирование пожарной опасности в лесах юга Хабаровского края: автореф. дис ... канд. с.-х. наук: 06.03.03. / Т.В. Костырина.

- Красноярск, 1978. - 23 с.

3. Душа-Гудым, С.И. Периодические изменения солнечной активности и лесные пожары / С.И. Душа-Гудым // Науч. тр. МЛТИ. - Вып. 176. - МЛТИ, 1985.-С. 83-88.

4. Астрономия наших дней. - 3-е изд., перераб., и доп.

- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 560 с.

5. Тресцов, Б.И. Очерки по развитию лесного хозяйства и лесных отраслей Республики Марий Эл / Б.И. Тресцов. - Йошкар-Ола: Периодика Марий Эл, 1997.-301 с.

САНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВОСТОЕВ, КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОРОСЛЕВЫХ ДУБРАВАХ

H.A. ХАРЧЕНКО, проф. каф. эколгии, защиты леса и охотоведения ВГЛТА, д-р биол. наук, C.B. КАЛУГИНА, асп. ВГЛТА

Санитарное состояние порослевых дубрав имеет прямую зависимость от числа порослевых генераций, типа лесорастительных условий, возраста древостоев, ряда антропогенных воздействий, определяющих дегра-дационные процессы (потеря ранее приобретенных свойств и качеств). Сравнительная оценка структуры древостоя по категориям жизнеспособности в зависимости от его возраста и типа лесорастительных условий проведена в Шебекенской дубраве (Белгородская область).

Доли жизнеспособных деревьев в спелых свежих дубравах (Д2) и субдубравах (С2) примерно равны и колеблются в пределах 71-77%. В сухой дубраве жизнеспособные

деревья составляют основу древостоя (90 %). Ограниченно жизнеспособные деревья, обычно оставляемые при выборочных санитарных рубках, также имеют большую долю на свежих легких (С2) и сухих (Д) лесных почвах по сравнению с условиями Д2. Складывается впечатление, что сухие дубравы на темно-серых почвах в пределах региона обладают в возрасте спелости наивысшей жизнеспособностью. Этот вывод подтверждается и тем, что доля нежизнеспособных деревьев хотя и несколько возрастает на свежих легких супесчаных почвах, но более чем в два раза снижается уже в условиях сухой дубравы (Д). Снижение доли лесного отпада (отмерших деревьев) также идет в направлении