Моделирование распространения дымовых шлейфов от лесных пожаров на территории Сибири по спутниковым данным

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.