Зависимость возникновения пожаров в лесных экосистемах Казахстана от метеорологических условий Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

Природные опасности

УДК.533.6.011.671

ЗАВИСИМОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ КАЗАХСТАНА ОТ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Е. В. АРХИПОВ1, П. Ж. КОЖАХМЕТОВ2, А. В. ЧЕРЕДНИЧЕНКО3

1МН2С КазНИИЛХ, аспирант ВНИИЛМ (г. Пушкино);

2директор ДИКВП РГП «Казгидромет», к.т.н.;

3зав. лаб. РГП «КазНИИЭК» МООС РК, д.г.н.

Цазацстан Республикасында орман орттщ саны мен колемте эсер ететт цосынды факторлар царастырылды. Орман орттщ саны мен Цазацстанда орта температураныц взгеруi аралыцтарындагы циклдж байланыстары зерттелiндi. Алынган нэтижелер бойынша Цазацстан Республикасы жерлертде алдагы 50 жылда орт цаут мYмкiндiк взгерутщ цайта жасалынган картасы келтiрiлдi.

Рассмотрена совокупность факторов влияющих на количество и площадь лесных пожаров в Республике Казахстан. Изучены циклические связи между количеством лесных пожаров и изменением средней температуры воздуха Казахстана. В результате приводится реконструированная карта возможных изменений пожароопасности на территории Республики Казахстан на ближайшие 50 лет.

Considered the totality of the factors affecting the number and size of forest fires in the Republic of Kazakhstan. Studied cyclical relationship between the quantity of forest fires and changes in the mean temperature of Kazakhstan. The result is the reconstructed map ofpossible changes offire on the territory of the Republic of Kazakhstan for the nearest 50 years.

Сегодня для Казахстана весьма актуален вопрос сохранения и преумножения собственного лесного фонда. Данная проблема обостряется по двум причинам. Во-первых, сохранение лесного фонда - сама по себе постоянная задача общества и государства. Это не только зоны релаксации для населения, но и территория сохранения экосистемы, редких представителей флоры и фауны, места, где имеется зерно первозданности. Во-вторых, в связи с подписанием Правительством Казахстана Киотского протокола для Республики весьма актуальным является вопрос уменьшения эмиссий парниковых газов (ПГ). Согласно Международной методологии IPCC леса являются естественными поглотителями (стоками) парниковых газов и чем лесных площадей больше, тем лучше для конкретной страны [1-3]. Особенно это касается искусственно создаваемых лесных массивов, противоветровых полос и придорожных насаждений. Такие виды лесов имеют особый паритет при Национальной инвентаризации ПГ.

При планировании новых насаждений, особая роль отводится сохранению достигнутых результатов. Деревья должны быть не только посажены, необходимо, чтобы они могли вырасти. В засушливых условиях Казахстана такая задача весьма существенна, поэтому еще на этапе подготовки создания искусственных лесных массивов решается вопрос обводнённсти, удаленности от потенциальных антропогенных и природных источников заболеваний. Однако особую роль в уменьшении лесных площадей играют, как правило, лесные пожары.

Согласно «Википедии» [4] термин «Лесной пожар» - это стихийное, неуправляемое распространение огня по леснымплощадям. Как правило, основным источником возгораний является грозовая активность и связанные с нею электрические разряды - молнии. Из литературных данных известно, что для территории США, Канады, России возгорания от молний являются основным источником возникновения лесных пожаров [5-7]. По этой же причине в лесах Казахстана происходит более 20% пожаров, а в ленточных борах Прииртышья от молний и сухих гроз до 60 - 70 [8, 9]. И хотя, согласно проведенным исследованиям в

- 41 -

Природные опасности

Республике Казахстан по изучению природы и динамики лесных пожаров и их последствий процент антропогенных возгораний намного больше чем для приведенных стран [4], тем не менее было интересно рассмотреть изменение динамики количества лесных пожаров в Казахстане за последние время, проследить динамику изменения грозовой активности и сделать предположение о изменении ситуации с лесными пожарами в дальнейшем, опираясь на результаты соответствующих исследований российских коллег [7].

Согласно второму отчету МГЭИК, дальнейшее потепление климата будет сопровождаться увеличением повторяемости опасных явлений погоды, а также увеличением их продолжительности [1-3, 10-16]. В связи с этим, можно предполагать, что число гроз и их продолжительность для территории Республики изменятся, а соответственно может измениться и число самопроизвольных лесных возгораний.

Анализ природы и динамики лесных пожаров в Казахстане свидетельствует, что за последние годы происходит ежегодное увеличение их количества и площади, а, следовательно и ущерба лесному хозяйству.

Динамика лесных пожаров в Казахстане за последние 56 лет (1954 - 2010 гг.) показана на рисунках 1 и 2. Рисунок 1 свидетельствует, что большое количество лесных пожаров наблюдается периодически - через 3, 5, 7, и 11 лет. По всей вероятности это связано с засушливыми периодами в течение пожароопасного сезона (с весны до осени), и вероятно с высокой солнечной активностью. Анализируя рисунки 1, 2 можно сделать заключение, что самое

Guantity 2500 1

^ é1 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ # ^ # /

Рис.1. Количество лесных пожаров по годам (1954 - 2010)

Hectare 250000 п

200000

150000

100000

50000

0

^ЮСООСЧ^ЮСООСЧ^ЮСООСЧ^ЮСООСЧ^СОСООСЧ^СОСОО ЮЮЮСОСОСОСОСОГ-~Г-~Г-~Г-~Г-~ООООООООСО(Л(Л(Л(Л(ЛОООООт—

Forest area ^—Forested area —Line trend

Рис.2. Площади лесных пожаров по годам - 42 -

большое количество лесных пожаров в 1955, 1962, 1963, 1965, 1968 и т.д. никак не согласуются с площадями возгораний. Так например, в 1974 году число пожаров составило 1016, средняя площадь одного пожара 178,8 га, а в 1982 - 1004 случая средняя площадь составила 2,1 га [8].

Если создать линию тренда изменения количества возгораний и площадей, пройденных пожаром за весь период наблюдений (рисунок 1, 2), то видно, что с 1954 г. по 1997 г. происходил общий небольшой рост площади и количества пожаров. Рассматривая оба эти графика, видим, что пик общего числа пожаров и потерянные лесные площади за весь период наблюдений (рисунок 1, 2) пришелся на 1997 г. когда общее количество зарегистрированных случаев пожаров составило 2257, а лесной площади повреждённой огнём - 216950 га. После 1997 г. наметилась обратная тенденция - началось некоторое сокращение количества и площадей пожаров, но оно весьма незначительное.

Здесь можно говорить и о своевременности обнаружения очагов возгораний, и о типе пожара, и о рельефе местности и т.д. Если в 1974 году горели леса в Алтайской (восточной) части Казахстана и, как известно - пожары в горных лесах очень трудно локализовать, тем более в хвойных, и из-за того, что горящие частицы скатываются вниз, а так же из-за создаваемой природной тяги при горении лесов в горной местности, где даже при отсутствии ветра - площади лесных пожаров увеличиваются много кратно [6, 8].

Наиболее сильно, независимо от места и условий произрастания, от пожаров страдают сосновые леса, которые подвержены полному уничтожению при верховых и сильных низовых устойчивых пожарах. Как правило, по числу возгораний сосняки явно лидируют. Сосновые леса представляют неплохое средство для наживы несознательных граждан, которые занимаются незаконной заготовкой древесины и ради этого идут на поджог леса. На рисунке 2 видно, что с 1954 г. было три пика сгоревших площадей, существенно выделяющихся по сравнению с окружающими их годами - это годы 1963, 1975 и 1997. Эти пики можно объяснить так: в 1963 г. - это разгар освоения целины и внимание к лесам в Казахстане ослаблено; 1975 г. - это сильная засуха, Так, например, в «лихие 90», произошли наиболее обширные и по площадям и по количеству лесные пожары. Например, в 1997 году при 2257 случаях, погибло леса на площади 188218га. Эти горельники относятся как ленточным борам Прииртышья, где лес славится своими деловыми качествами, так и к соснякам Казахского мелкосопочника, где в основном, леса IV и V бонитетов, а так же к не менее уникальным островным соснякам Костанайской области.

Как правило, лесные пожары происходят в теплое время года под влиянием как накопленных положительных температур, так и под влиянием увеличения причин возгорания (неорганизованный туризм, активность гроз и др.). Кроме того, имеется прямая зависимость между повторяемостью лесных пожаров и широтой места - чем южнее, тем чаще отмечаются пожары.

Для нас более интересным является зависимость возгораний от продолжительности вегетационного периода, а также от продолжительности периода благоприятного к возгоранию. Этот период, как правило, составляет около двух недель и включает в себя время без выпадения осадков. Так же как и вегетационный период эта характеристика сильно зависит как от широты места, так и от синоптической ситуации конкретного года.

Понятно, что пожароопасность будет заметно меняться как от изменения вегетационного периода так и от увеличения без дождевого времени. С незначительным увеличением этих характеристик существенно изменится количество возгораний. Проведя исследования по изменению указанных характеристик при изменении концентраций СО2,нами были выявлены четыре зоны, в которых по разному будет меняться фактор пожароопасности.

Используя реконструированную карту изменения продолжительности вегетационного периода на территории Казахстана при удвоении концентрации СО2 по модели ОББЬ мы получили, что наиболее заметно увеличение продолжительности вегетационного периода произойдет в северных областях, т.е. в умеренной зоне (Рис.3). Здесь увеличение вегетационного периода может составит 60-70 дней. Таким образом, вероятность возгораний увеличивается на 15-20% по сравнению с современным состоянием.

Примерно так же дело обстоит с центральными районами Казахстана. Здесь, несмотря на то, что по широте район расположен ближе к югу, увеличение продолжительности вегетационного периода произойдет на 50-60 дней, (8-12 %), т.е. очень близко по показателям к северному Казахстану. Однако стоит напомнить, что основное сосредоточение лесных массивов находится на

Рис. 3. Изменения продолжительности вегетационного периода на территории Казахстана при удвоении концентрации СО2 по модели вБРЬ. Реконструировано с [1].

севере Казахстана, поэтому на количестве лесных возгораний будущие изменения не должны значительно сказаться. Другое дело обстоит со степными пожарами, но данная тема не рассматривается в рамках этой статьи.

Весьма интересно модель показала изменение продолжительности вегетационного периода для юга Казахстана. По результатам модели получается, что на юге произойдет наименьшее увеличение его продолжительности - всего на 30-50 дней (7-9%). Таким образом, это почти в два раза меньше чем на севере Республике. Объяснением такой ситуации может служить то, что увеличение температуры на земном шаре как показали ряд исследователей [8,10,11,12,13] должно в первую очередь проявиться в северных районах, в то время как в южных, существенного роста температуры не произойдет.

Особое место в изменении продолжительности вегетационного периода может произойти в горных районах. Не стоит забывать, что в горах, на высоте роста лесов, положительные температуры, весной, наступают намного позже чем в долинах, осенью наблюдается обратная картина - похолодание здесь наступает раньше. В летний же период для гор в целом характерны заморозки, наличие сложной орографии заставляет здесь осадки выпадать чаще, чем на сопредельных территориях. Кроме того, при изменении климата горные районы первыми реагируют на внешние изменения. Поднимается высота нулевой изотермы, изменяется структура осадков с твердой фазы на жидкую, что в свою очередь ведет к увеличению селевой активности и размыванию горных пород и верхнего почвенного слоя. Безусловно такие изменения могут значительно изменить общую картину пожароопасности.

Согласно нашим оценкам продолжительность вегетационного периода в горных районах будет несколько отличаться от сопредельных территорий по вышеназванным причинам. Соответственно риск пожаров для лесных массивов, расположенных в горной части, несколько увеличивается на 78% и больше. Эта оценка дана в совокупности с оценкой продолжительности благоприятного периода для образования пожара.

Полученные данные (рис. 4) хорошо согласуются с нашими собственными исследованиями по изменению средней температуры на метеорологических станциях Казахстана [12],.

Изменения колебания в рядах температуры и осадков по станциям Казахстана изучались в

Рис. 4. Изменение температуры воздуха 1900-2000 гг. по данным климатических станций и динамика лесных пожаров в Казахстане

[6,12,13, 16-21] и др. Так, в [10] наравне с другими изучались циклы температуры и осадков станций Иле - Балхашского бассейна. Мы в данном случае попытались расширить исследования на весь Казахстан с тем, чтобы попытаться выявить хотя бы некоторые закономерности в их пространственном распределении, в т.ч. и на смежных территориях.

Авторы [17] на фоне общей тенденции к потеплению обнаружили 22 - летние циклы в рядах температуры: среднегодовой, для холодного, теплого периодов, которая связывает соответственно 24, 19 и 12% дисперсии исходных рядов. Начиная с 1900 г. авторы насчитали четыре полных цикла. Они считают, что при оценке будущих изменений температуры эти циклы необходимо обязательно учитывать.

Мы в наших исследованиях тоже выделили такие циклы с такой же долей вклада. Однако, согласно [1, 4, 12, 13, 16, 17], колебания масштаба до трех десятилетий относят к категории внутри-климатической изменчивости, что позволяет нам ограничиться в данном случае упоминанием факта наличия таких колебаний в наших рядах. Представляет, однако, интерес рассмотреть, как периоды потеплений (или похолоданий) проявляются в разных регионах. В [15,18] анализируются два десятилетия 1981 - 1990 гг. и 1941 - 1950 гг., когда крупномасштабная область среднеширотной положительной аномалии температуры располагалась над Средней Азией. Эти периоды взяты в качестве аналогов современного потепления.

Если внимательно рассмотреть связь между распределением средней температуры Казахстана и количеством возгораний (рис. 4), то прослеживается отличная связь. Так, годам с относительно низкой температурой соответствует период уменьшение числа пожаров. В те же года, когда отмечалась температура выше среднего, одновременно отмечалось и увеличение количества возгораний. Объяснение такому распределению достаточно простое. В годы с температурой ниже средней повторяемость осадков несколько выше, чем в годы с температурой выше средней, в этот период повторяемость осадков ниже, что, собственно, и отражается на высокой температуре. Другими словами в годы с относительно невысокой температурой количество циклонов преобладает, с ними приходят осадки, период без осадков, сильно сокращается и это в совокупности приводит к пониженной пожароопасности и наоборот. Отсюда можно сделать еще один вывод: количество гроз будет существенно влиять в те годы, которые сами по себе являются засушливыми и способствуют возгоранию от молниевых разрядов.

В своем исследовании, мы также попытались ответить на вопрос о влиянии грозовой активности на возгорание лесных массивов. Построив сравнительные графики, мы обнаружили, что корреляция между данными отдельных станций и общими лесными пожарами не очень высокая. Более того, многие метерологические станции имели очень слабую корреляцию с повторяемостью лесных пожаров в Республике. Так для станций Актюбинской, Западно Казахстанской и Кокчетавской области, такие связи оказались не существенными. Для станций восточного Казахстана и Северного Казахстана связи были много устойчивей, а коэффициент корреляции существенно вырос.

Скорее всего, такое положение объясняется тем, что в областях, где связь слабая, лесных массивов не так много, таким образом, на общую статистику они почти не влияют, но здесь могут сильно проявляться степные пожары. В то же время основные лесные массивы сосредоточены на Алтае и Тянь-Шане, по этой причине связи здесь более устойчивые.

В целом же можно отметить, что выявить однозначную связь возгораний от гроз с лесными пожарами оказалось не просто. Более того, уже сейчас можно однозначно отметить, что в условиях Казахстана большую роль на оказание пожароопасности играет не повторяемость гроз (хотя они и играют определенную роль), а средняя годовая температура, а точнее, температура теплого периода.

Соответственно, согласно построенной карте (рис. 3) пожароопасность будет изменяться с изменением средней температуры. Приведенные оценки могут сильно колебаться по ряду причин. Так, в частности, может сильно измениться граница леса в горах. По оценкам [19,20,21] она может подняться на 300 метров вверх. Площадь лесов при их общем сокращении не может уменьшаться до бесконечности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Clivar, 1995: Study of climate Variability and Predictability. Science pbn: WCRP - 89, Wmo/ TD - NO/ 690. - Jeneva. Suitrerland, 1995, 157 p.

2. Climate Change, 2001. The Scientific Basis. Contribution of working group I to the Third assessment report of the intergovernmental panel on Climate Change./Houton J. T., Ding Y., Grigas D.J., et. al. (eds.). - Cambridge, Cambridge University Press, 2001, 944 p.

3. Climate change 2007: The Physical science basis - contribution of working group I to the IPCC Fourth Assessment report, 2007.

4. Изменение климата, 2001 г. Обобщенный доклад. Вклад рабочих групп I, II, и III в подготовку третьего доклада об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Под редакцией Р.Т. Уотсона. ВМО, МГЭ-ИК, Женева, 2003, 522 с.

5. http://kovdoravia.narod.ru/vlijanie klimata.html

6. Успенский С.Н. Загорание леса от молний и предупреждение пожаров в ленточных борах Прииртышья //Труды КазНИИЛХ, том II, Алма-Ата, 1959, С 237- 264.

7. Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Софронов М.А., Крупные лесные пожары. /Наука, М., 1970

8. Архипов В.А. Лесная пирология, Учебное пособие. Астана, 2008, 236 с.

9. Чередниченко А.В. Региональные карты грозовой деятельности для энергетиков. Экология и промышленность Казахстана, 2005, вып. 2/6, с. 41-50.

10. Второе Национальное Сообщение Республики Казахстан Конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата. - Астана, 2009. -192 с.

11.Будыко М.И. Гройсман П.Я. Потепление 80 - х годов. - Метеорология и гидрология, 1989, № 3, с. 5 - 10.

12. Чередниченко А. В. Изменение климата как глобальная политическая проблема современности. - Материалы Международной научно-практической конференции, Семипалатинск, 2003, с.11-13.

13.Изменчивость климата Средней Азии / Под ред. Ф.А.Муминова, С.И. Инамагамовой. - Ташкент, САНИГМИ, 1995, 215 с.

14.Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Структура и изменчивость наблюдаемого климата. Температура воздуха Северного полушария. - Л., Гидрометеоиздат, 1980, 72 с.

15.Израэль Ю.А., Семенов С.М., Анисимов О.А. и др. Четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата: вклад Рабочей группы II. - Метеорология и гидрология, 2007, № 9, с. 5 - 13.

16. Чередниченко В.С., Кожахметова Э.П. Колебания климата в Иле - Балхашском бассейне и его связь с уровнем озера. - Гидрометеорология и экология, № 1, 2009, с.26-33.

17. Дроздов О.А., Григорьева А.С. Многолетние циклические колебания атмосферных осадков на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1971, 157 с.

18. Чередниченко А.В. Проявление динамики индексов циркуляции для Атлантико-Европейского сектора во временных рядах температуры и осадков. - Гидрометеорология и экология, - 2009, № 1. - с. 27-36.

19. Чередниченко А.В. и др. Распределение облачности и гроз в зоне действия Алматинского метеорологического радиолокатора. - Гидрометеорология и экология, 2005, № 2, с. 81-88.

20. Чередниченко А.В. Карты грозовой активности на территории Алматинской области с выделением аномальных зон. - Гидрометеорология и экология, 2004, №3, с. 44-55.

21. Чередниченко А.В. О грозовой активности на территории города Алматы. - Гидрометеорология и экология, 2005, №2, с. 61-70.