Связь дистанционно регистрируемых характеристик природных пожаров Сибири с метеорологическими предикторами пожарной опасности

Одной из актуальных задач дистанционного зондирования является выявление характеристик природных пожаров с метеорологическими предикторами пожарной опасности. Существующие индексы, в частности ПВ-1, широко используются для оценки условий возникновения и распространения пожаров. Известно, что в периоды высокой пожарной активности значения мощности теплоизлучения (FRP) существенно выше, чем в периоды низкой, при этом связь FRP с ПВ-1 имеет выраженную региональную специфику, а также зависит от лесорастительных условий и характеристик растительного покрова [1]. Однако при анализе полного временного ряда корреляция может ослабляться из-за ситуаций, когда после выпадения осадков индекс ПВ-1 снижается, а пожар продолжает развиваться. В работе исследовали, на каком временном интервале эта связь ослабевает, чтобы корректно интерпретировать оценки пожарной опасности, получаемые по индексу ПВ-1, и определить сроки информативности предиктора.
В работе использованы данные о ежедневных оценках площади пожаров и FRP, а также данные о ПВ-1, полученные по данным сети метеостанций, расположенных на территории Сибири за период с апреля по сентябрь 2012–2024 гг. Каждый пожар рассматривался как отдельное событие в привязке к одной станции и одному календарному году. Сезонная динамика ПВ-1 и её связь с горимостью лесов Сибири подробно рассмотрены в [1,2], что позволило формализовать внутрисезонную вариативность индекса.
Рассмотрено 40 пожарных событий, продолжительность которых варьивовала в пределах 17–123 дня, а медианная длительность составила 49 дней. На основе посуточного приращения накопленной площади для каждого пожара выделили три фазы развития: начальная фаза, фаза экспоненциального роста и фаза затухания. Фаза начала пожара аппроксимируется линейной зависимостью (R² ≈ 1,00), фаза экспоненциального роста – экспонентой (R² = 0,86), фаза затухания – линейной (R² = 0,74).
Начальные значения ПВ-1 в первый день пожара имеют медиану 2800 и верхний квартиль 5091. Корреляция между сезонным ходом ПВ-1 и числом активных пожаров статистически значима: коэффициент Пирсона равен 0,84, Спирмена — 0,87 (p < 0,001).
Для оценки связи индекса ПВ-1 с площадью и FRP применялся метод прогрессивной корреляции [3]: для каждого пожара коэффициенты корреляции Пирсона и Спирмена последовательно пересчитывались при пошаговом добавлении очередного дня, что позволило проследить изменение связи по мере развития события. Установлено, что медианный коэффициент корреляции Пирсона максимален на начальной фазе развития пожара и достигает 0,93 для площади и 0,92 для FRP; в фазу экспоненциального роста значения остаются высокими (0,78 и 0,86 соответственно), а в фазу затухания снижаются до 0,14 и 0,24. Это отражает ослабление связи между индексом ПВ-1 и характеристиками пожара по мере его затухания. Ранее для территории Сибири были предложены методики оценки пожарной опасности по спутниковым и метеорологическим данным [4], однако прогрессивная корреляция ПВ-1 и FRP на уровне отдельных пожаров не проводилась.
Построена обобщённая модель приращения площади и интегральной интенсивности пожара: в пределах каждого пожара осуществлялось нормирование кривых площади и FRP на их максимальные значения, зарегистрированные в ходе развития данного события, интерполировались на общую временную сетку и усреднялись, после чего усреднённая кривая аппроксимировалась логарифмической регрессией. Полученные уравнения позволяют количественно описать динамику пожара в отсутствие знания о конкретном событии. Коэффициент детерминации логарифмической модели для площади и FRP составлял 0,94.
Показано, что временные ряды относительной площади и FRP имеют логарифмический характер динамики с замедлением прироста по мере развития пожара. Установлено, что связь ПВ-1 с характеристиками пожаров зависит от уровня анализа и фазы развития пожара: на сезонном уровне индекс остаётся информативным предиктором пожарной активности, тогда как для отдельных пожаров связь ПВ-1 с характеристиками пожара максимальна на начальной фазе и ослабевает по мере затухания. Полученные результаты указывают на необходимость дифференцированного применения ПВ-1: индекс наиболее информативен для ранней оценки пожарной опасности, а в фазу затухания требует дополнения другими предикторами.