Девятая всероссийская открытая ежегодная конференция
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 14-18 ноября 2011 г.
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)
IX.B.36
Моделирование распространения дымовых шлейфов от лесных пожаров на территории Сибири по спутниковым данным
Дубровская О.А.(1), Мальбахов В.М.(2), Сухинин А.И.(3)
(1) Институт вычислительных технологий СО РАН,
(2) Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
(3) Институт леса СО РАН им. В.Н.Сукачева
Усиление напряженности и длительности засух в последнее десятилетие привело к резкому возрастанию экономического и социального ущерба от лесных пожаров. Лесные пожары являются мощным источником большого количества аэрозольных частиц, которые меняют оптические, радиационные, термодинамические и экологические характеристики атмосферы. Увеличение площадей, выгоревших в результате массовых лесных пожарах на территории Сибири, а также длительности пожароопасного сезона и пожарной активности приводят к значительным выбросам дымовых газов и аэрозоля. Дымовые шлейфы покрывают территорию в сотни раз большую, чем площадь огня и оказывают влияние на формирование облаков и образование осадков. Примером тому служат пожары 2006г. в Российской Федерации (Читинская, Амурская области, Красноярский край, республика Тува), а также в Западной Европе в 2010 г. Опыт борьбы с такими пожарами показал низкую эффективность служб тушения в условиях массовых высокоинтенсивных лесных пожаров. В связи с этим на первый план выступает задача надежного прогнозирования возникновения и поведения пожаров с целью их раннего обнаружения и оперативной локализации.
Современные методы дистанционного зондирования дают возможность исследовать структуру и динамику дымовых шлейфов. Системы космического мониторинга позволяют выделить задымленные территории, определить источники задымления, и выделить дымовые шлейфы и дымовые колонки, а также определить фронтальную облачность с активной грозовой деятельностью.
Приведенный в работе анализ данных дистанционного зондирования, связанные с катастрофическими пожарами для азиатской части России в период с 2002 по 2008 год показывает следующие регулярные зависимости:
• Области катастрофических массовых пожаров возникают в условиях длительной засухи, когда устанавливается блокирующий антициклон;
• Ожидаемая резервная облачность, которая частично должна подавлять такие пожары, обтекает зону пожаров и задымления по периферии.
Такое влияние может оказывать дымовой аэрозоль при развитой конвективной облачности над зоной пожара. Если дымовой аэрозоль попадает в облачный слой, то создаются условия для проникновения примеси вплоть до тропопаузы. Попадание достаточного количества дымового аэрозоля в верхние слои стимулирует быструю кристаллизацию водяных капель [1]. Облака с «ледяной вершиной» дают более слабые осадки, чем те облака, вершины которых состоят из смеси ледяных кристаллов, снега и дождевых капель[2, 3]
В работе представлены результаты численного моделирования переноса и трансформации дымовых шлейфов, выделяемых при массовых лесных пожарах и создающих обстановку чрезвычайного задымления местности с использование оперативных данных, полученных сенсором MODIS с платформ TERRA/AQUA.
В работе предлагается метод оценки и прогнозирования возникновения катастрофической лесопожарной ситуации, которая наблюдается в условиях длительного антициклона, препятствующего прохождению атмосферных фронтов.
Метод базируется на совместном использовании данных спутникового зондирования (как оперативного мониторинга, так и архива пожаров на территории Сибири охватывающий 1995 – 2010 годы), наземных исследований (картографирования лесных горючих материалов (ЛГМ), определения частоты и временной динамики пожаров) и на расчете комплексного показателя пожарной опасности (КПО). Комплексный показатель пожарной опасности включает в себя различные метеорологические параметры, а также несколько индексов из Канадской национальной системы, адаптированных для условий Сибири. При этом каждому уровню текущего или прогнозного значения КПО ставится в соответствие пожарная ситуация прошлых лет для выбранного района. Уровни КПО рассчитываются как отклонение от среднего многолетнего значения КПО в виде одной, двух и трех сигм (стандартное отклонение). Достижение уровня трех сигма соответствует экстремальной пожарной ситуации для выбранного района. Применение двухнедельного скользящего прогноза метеопараметров дает возможность спрогнозировать уровень КПО и провести предупредительные мероприятия. Если пожарная ситуация удовлетворяет критическому набору параметров (число, площадь пожаров, их энергетические данные), тогда эта ситуация переходит в разряд катастрофических и борьба с пожарами – возможна лишь как приоритетно-выборочное тушение. Важнейшим показателем ПО становится не показатель влажности лесных горючих материалов, а вероятность интенсивности пожара.
Предложенные модели и интерпретация проведенных по ним расчетов показывают, что существуют закономерности метеорологических воздействий на активность пожаров в основных экосистемах Сибири.
1. Дубровская О.А., Мальбахов В.М., Шлычков В.А. Влияние массовых лесных пожаров на циклонические процессы в Сибири // Вычислительные технологии. Новосибирск, 2007, том 12, №2, С.58-66.
2. Мейсон Б. Дж. Физика облаков. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1961. – 541 с.
3. Сулаквелидзе Г.К. Ливневые осадки и град. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1963. – 412 с.
Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга
87