Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2017 номер 5

Рассмотрено состояние отечественной лесной пирологии с начала XXI в. по настоящее время. Обозначены основные вопросы фундаментальных и прикладных работ, находящиеся в поле зрения ученых-лесопирологов последние годы. Отмечено, что целью фундаментальных исследований является определение роли пожаров как постоянно действующего эколого-эволюционного фактора формирования и роста лесов. Прикладные разработки направлены на совершенствование и повышение эффективности деятельности лесной охраны, оценку и рациональное использование позитивной роли огня в лесу. Приведены результаты основных фундаментальных исследований и прикладных разработок ученых Сибири, Дальнего Востока, Урала и европейской части страны. Подчеркнуто, что к настоящему времени лесопирологическая наука накопила значительный объем теоретических и прикладных знаний. Результаты исследований служат научной основой для планирования борьбы с лесными пожарами, определения средств и способов их тушения, повышения эффективности работы лесной охраны, использования положительной роли огня. Заложены основы пироэкологии как науки об эколого-эволюционной роли лесных пожаров. Результаты исследований отечественных ученых в совокупности составляют единую систему знаний о природе лесных пожаров и способах борьбы с ними. Несмотря на это, в целом современное состояние лесной пирологии в России, особенно после введения с 1 января 2007 г. нового Лесного кодекса РФ, нельзя признать удовлетворительным. Называются основные причины такого состояния. Приводятся предложения по его улучшению.

Изменения в российском законодательстве за последние несколько лет расширили спектр вопросов, требующих принятия высокопрофессиональных управленческих решений в области охраны лесов от пожаров. С точки зрения повышения эффективности принимаемых решений важно учитывать существенные изменения нормативной правовой базы в России, степень и широту использования независимых источников информации (например, данных дистанционного зондирования Земли из космоса), возможность использования ретроспективной информации о предыдущих решениях (обратная связь), наличие формализованных моделей (нормативов, методических и инструктивных материалов), возможность и необходимость осуществления федерального контроля. С учетом указанных факторов приоритетными направлениями являются: формирование нормативной правовой и инструктивно-методической базы применения федерального резерва сил и средств пожаротушения, формирование инструктивно-методической базы введения особых режимов и запретов на посещение лесов, формирование планов тушения и сводных планов тушения лесных пожаров, а также анализ точности долгосрочных прогнозов пожарной опасности в лесах в зависимости от условий погоды с целью дальнейшего повышения их качества. Для обеспечения решения перспективных задач, связанных с формированием методической базы по принятию решений о приостановке или о нецелесообразности тушения лесного пожара, по прогнозированию развития лесопожарной ситуации в регионах, формированию рекомендаций по распределению ресурсов пожаротушения, важно реализовать обратную связь, т. е. сбор соответствующей ретроспективной информации, а также пополнение соответствующей базы знаний. Целесообразно сформировать организационно-техническую основу для формирования и регулярной актуализации базы знаний о результатах применения тех или иных технологий с описанием ситуаций и принятых управленческих решений, а также о последствиях их реализации.

Приведены материалы геопространственного анализа, обобщенные характеристики и интерпретация параметров природных пожаров лесов Сибири, характерных для современных условий, полученных в результате многолетнего (1996-2016) спутникового мониторинга. Показано, что за 20-летний период мониторинга горимость лесов Сибири выросла. При этом широтная вариация пожаров, длительность пожароопасного периода и межпожарные интервалы согласуются с градиентом основной геофизической характеристики - приходящей солнечной радиацией. Данные спутникового мониторинга использованы для валидации адаптированной технологии оценки энергетических параметров горения и классификации пожаров переменной интенсивности. Технология мониторинга мощности тепловыделения активной зоны горения FRP (Fire Radiative Power) успешно применена для контроля пожаров экстремальной интенсивности и верховых пожаров. Инструментально зафиксировано, что суммарная площадь лесов, пройденных пожарами высокой энергии, составляет не менее 8.5 % от среднегодовой, а в отдельные годы может достигать 15-25 %. Обсуждается вопрос об актуальности построения адаптированных алгоритмов прогнозирования динамики пожаров переменной интенсивности. Выявлены характерные временные интервалы развития отдельных стадий пожара, а также модельные кривые, описывающие предельные значения динамики приращения площади. Дополнительно в работе анализируются характеристики используемых спутниковых систем (NOAA/AVHRR, Terra, Aqua/MODIS, Suomi NPP/VIIRS, Landsat-8 OLI, Sentinel-2), включая российский сегмент (Ресурс-П), перспективных для повышения эффективности дистанционного мониторинга пожаров в Сибири.

Авиация на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных средств раннего обнаружения и тушения лесных пожаров. В настоящее время для борьбы с огнем во всем мире применяется несколько десятков типов воздушных судов, которые регулярно модернизируются и обновляются. В статье приводится информация по истории тушения лесных пожаров с воздуха, а также анализируется современное состояние вопроса об использовании самолетов- и вертолетов-авиатанкеров как на международном уровне, так и в Российской Федерации. Выявлено, что наиболее востребованными остаются самолеты наземного базирования (независимо от класса грузоподъемности). Самолеты-амфибии сейчас существуют только в легком (грузоподъемностью до 5 т) и среднем классе (соответственно до 15 т). В вертолетной пожарной технике наиболее широко распространены тяжелые летательные аппараты (ЛА) и средние многоцелевые, задействованные также для доставки людей и грузов к очагам пожаров. Акцентировано внимание на наиболее перспективных разработках, а также даются конкретные рекомендации, как можно повысить результативность использования пожарной авиации в России. На основании проведенных исследований делается вывод, что для разных стран могут быть перспективны различные типы пожарных ЛА с учетом аэродромной инфраструктуры, характеристик лесов, гидросети и общей площади лесного фонда.

Территория Красноярского края из-за большой протяженности с севера на юг отличается значительным разнообразием климатических, лесорастительных и экономических условий. Данные различия в определенной степени учтены при отнесении лесного фонда края к семи лесным районам: Среднесибирскому притундровых лесов и редкостойной тайги, Среднесибирскому плоскогорному таежному, Западно-Сибирскому равнинному таежному, Приангарскому, Среднесибирскому подтаежно-лесостепному, Алтае-Саянскому горнотаежному и Алтае-Саянскому горнолесостепному. Они характеризуются различным уровнем горимости лесов и послепожарных последствий, что предопределяет дифференциацию уровней охраны лесов от пожаров. Оптимизация охраны базируется на мероприятиях, сочетающих профилактику с оперативным обнаружением пожаров в зависимости от степени освоенности лесных районов и интенсивности лесного хозяйства. Основное внимание уделено возможности или нецелесообразности применения контролируемых выжиганий, использованию стихийно возникающих, но берущихся под контроль пожаров и системе мероприятий, направленных на повышение пожароустойчивости особо ценных лесных массивов. Обосновано, что с учетом последствий пожаров выборочная охрана лесов целесообразна в Среднесибирском районе притундровых лесов и редкостойной тайги и в Среднесибирском плоскогорном таежном районе. Территория Западно-Сибирского равнинного таежного района должна охраняться полностью, но с различными уровнями интенсивности на разных ее частях. Лесной фонд Приангарского, Среднесибирского подтаежно-лесостепного, Алтае-Саянского горнотаежного и Алтае-Саянского горнолесостепного районов должен охраняться полностью и на всей территории. Применение контролируемых выжиганий перспективно в подзоне южной тайги, лесостепной зоне и в поясах пред- и низкогорной тайги. Использование стихийных контролируемых пожаров допустимо на ограниченных площадях в подзонах средней и северной тайги.

Проанализирована пожароопасность основных типов леса и сопутствующих комплексов растительности по всем высотным поясам в разных районах Прибайкалья. Высокая пожароопасность лесных массивов обусловлена абсолютным доминированием в их составе пожароопасных типов светлохвойных насаждений и специфическим климатом с длительными весенне-летними засухами. Наиболее напряженные ситуации наблюдаются в особенно засушливые годы климатических циклов, при лесопирогенных аномалиях, когда огненная стихия распространяется по основным ландшафтам в нескольких природных районах. Современная горимость лесов несовместима с высоким биосферным статусом природного комплекса оз. Байкал как объекта Всемирного природного наследия. Совершенно неприемлемо здесь и экстенсивное лесопользование. Противопожарное обустройство лесной территории нуждается в модернизации. По результатам многолетних исследований сравнительной пожароопасности, проведенных в фитоценозах с разными породным составом и структурами древесных ярусов, разработаны региональные технологии устройства противопожарных барьеров. Предложена соответствующая схема дифференциации обустраиваемых лесов на изолированные блоки, отделяемые специальными заслонами и пожароустойчивыми опушками в конструктивном их сочетании с традиционными барьерами для огня. Противопожарные заслоны надлежит формировать с обеих сторон магистральных дорог, проходящих через интенсивно осваиваемые лесные массивы с преобладанием в их составе сосны обыкновенной Pinus sylvestris L., кедра сибирского Pinus sibirica Du Tour, ели сибирской Picea obovata Ledeb. и пихты сибирской Abies sibirica Ledeb. Подобные барьеры предназначены для надежной остановки фронта верховых пожаров. Ширина заслона определяется порядком выделяемых блоков. Заслоны окаймляются просеками, по которым прокладываются минерализованные полосы шириной 3-4 м. Поврежденные при этом деревья и кустарники следует убирать одновременно с очисткой насаждений от захламленности. В тех местах, где заслон проходит через хвойные древостои, необходимо устраивать продольные коридоры с минерализованными полосами через каждые 20-30 м. Лесовосстановление и рубки ухода за лесом предполагается совмещать с общей системой противопожарного обустройства территории.

В связи с быстрым потеплением климата одной из приоритетных проблем становится разработка стратегической системы защиты лесов и социума от катастрофических верховых лесных пожаров. Наиболее эффективным и надежным барьером на пути распространения интенсивного верхового пожара в хвойном массиве может быть широкая лесная полоса из лиственных видов деревьев - «лиственный лесной барьер», фитомасса которого способна поглотить энергию верхового пожара и перевести его в низовой, тушение которого возможно техническими средствами. Весьма важно натурное изучение параметров перехода верхового пожара в низовой в зависимости от климата, интенсивности пожара и структуры лиственных барьеров. В статье приведены и математически формализованы результаты количественного натурного исследования последствий катастрофических верховых пожаров 2004 г. в островных лесостепных борах Курганской области, прошедших через полосу 50-70-летнего березового древостоя средней полноты. Показано, что в условиях лесостепи Западной Сибири для надежного перевода сильного верхового пожара в низовой необходим лиственный лесной барьер шириной как минимум 150 м, которая снижается по мере уменьшения теплового эффекта верхового пожара. С целью защиты от верховых пожаров лесов промышленных объектов и населенных пунктов предложено создавать комплексные противопожарные лесные полосы различной конструкции. Кроме базового лиственного барьера, прекращающего верховой пожар, их структура должна включать технологически необходимые буферную зону и зону локализации и тушения низового пожара. В качестве наиболее эффективного и рентабельного способа создания лиственных лесных барьеров в преобладающих типах сосновых лесов, за исключением сосняков лишайниковых, где необходима посадка лиственных лесополос, рекомендовано использование естественного возобновления лиственных видов.

Освоение природных ресурсов обязательно сопровождается увеличением количества антропогенных источников загорания. Они повышают частоту пожаров на окружающих лесных и нелесных территориях зачастую на порядок. «Дополнительные» пожары могут не только наносить больший экологический вред, чем промышленное загрязнение среды, но и в некоторых ситуациях создавать угрозу самим промышленным объектам и поселкам. Поэтому одним из компонентов экологической экспертизы ресурсодобывающих предприятий (особенно нефтегазодобывающих) в лесной зоне должна быть пирологическая экспертиза, включающая прежде всего оценку природной пожарной опасности участков растительности на территории лесных нефтегазовых комплексов. При проектировании нефтегазовых комплексов необходимо выполнение экспертной оценки возможного влияния предприятия на окружающую природу и экологические условия (ОВОС). К сожалению, при этом основное внимание уделяется оценкам прямого воздействия. Но предприятие влияет на среду и косвенным образом, например через изменение пожарного режима на окружающей территории. В настоящее время в Институте леса им. В. Н. Сукачева СО РАН разрабатывается метод пирологической экспертизы ресурсодобывающих предприятий, в основе которого использование карт растительных горючих материалов (карт РГМ), позволяющих выполнять объективную общую оценку природной пожарной опасности, а также оценку текущей природной пожарной опасности в зависимости от метеорологических условий. Предложен метод составления карт РГМ при использовании данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Разработаны дешифровочные признаки основных проводников горения, отражаемых на картах РГМ (на примере Юрубчено-Тохомского месторождения).

Рассмотрена возможность применения флуоресцентных методов в оценке теплового воздействия на ассимиляционный аппарат хвои сосны обыкновенной. Проведено два вида экспериментальных исследований. В основе первого - оценка первичной теплоустойчивости хвои из насаждений, ранее не затронутых пожаром. Для оценки влияния температурного стресса на функционирование фотосинтетического аппарата хвои сосны проведены эксперименты по моделированию конвективного потока, имитирующего действие низового пожара. Исследовали хвою 2-го года с деревьев I класса возраста зеленомошно-разнотравной группы типов леса, располагающихся в лесостепной зоне Южной Сибири. По параметру быстрой флуоресценции F_v/F_m (максимальный фотохимический квантовый выход фотосистемы II) определено, что после теплового стресса ассимиляционный аппарат хвои сосны может восстанавливаться с различной скоростью, которая зависит от продолжительности и интенсивности нагрева. Второй эксперимент направлен на определение способности к восстановлению ассимиляционного аппарата хвои после повторного влияния сублетальных температур на растения, находящиеся в восстановительном периоде после низового пожара предыдущего года. На основании анализа параметров быстрой и замедленной флуоресценции удалось выявить различия в теплоустойчивости и темпах восстановления фотосинтетической активности хвои сосны обыкновенной, которые свидетельствуют о модификации физиологических процессов в растениях под влиянием теплового стрессового фактора, формирующих положительный акклимационный эффект. Таким образом, флуоресцентные методы могут быть использованы для диагностики термической устойчивости хвои, в частности, показатель замедленной флуоресценции - в качестве критерия для оценки резистентности ассимиляционного аппарата в ответ на повторное действие стрессовых факторов в период восстановления после пожара. Отношение F_v/F_m может быть использовано для оценки ответной реакции ассимиляционного аппарата хвои на стресс в первые дни после пожара.

Предложен новый метод описания процессов распространения и ликвидации природных пожаров на основе агентного моделирования. Основными структурными единицами при создании таких моделей являются классы активных объектов (агентов). Использование агентов в сочетании с геоинформационными системами (ГИС) позволяет эффективно описывать процесс распространения природного пожара и действие противопожарных сил, в том числе команд пожарных, наземных средств механизации, авиационных и других средств. Модель, рассматриваемая в данной работе в качестве иллюстрации предлагаемого метода, позволяет прогнозировать распространение кромки низового пожара и имитировать его тушение немеханизированными средствами. Использованы два класса агентов, обозначаемые A и B. Кромка пожара представляется как цепочка агентов класса А, каждый из которых моделирует горение элементарного участка растительного горючего с определенной интенсивностью. Движение фронта пожара (перемещение А-агентов) описывается уравнением Гамильтона-Якоби с использованием индикатрис нормальной скорости фронта (фигуротрис). Конфигурация фронта рассчитывается на основе алгоритма подвижных сеток. Агенты типа B имитируют процесс тушения пожара. Они сближаются с агентами типа А и воздействуют на них, снижая интенсивность горения до полного потухания. Система моделирования представлена в виде двухуровневой вложенной сети Петри, описывающей семантику взаимодействия агентов. Разработана ГИС-ориентированная сетевая информационная система, которая реализует алгоритмы агентного моделирования, в том числе для различных классов действующих агентов и их функций. Система может оказаться полезной как при принятии решений по борьбе с природными пожарами, так и при обучении оперативного персонала. Приведены примеры моделирования результатов принятых решений по тушению низовых лесных пожаров.