Влияние метеорологических факторов на вероятность возникновения и распространения лесных пожаров

Вероятность возникновения и распространения лесного пожара, а также его интенсивность на конкретном участке лесной территории определяются условиями погоды. При этом из метеорологических факторов наибольшее значение имеют те, с которыми связаны процессы увлажнения и высыхания лесных горючих материалов. К таким факторам относятся: осадки, влажность и температура воздуха, ветер и облачность.

Осадки являются главным метеорологическим фактором, определяющим пожарную опасность в лесу. Выпадение зимних осадков является во многих районах нашей страны фактором окончания пожароопасного сезона в лесах. При отсутствии снежного покрова беглые низовью пожары могут распространяться даже при отрицательной температуре воздуха (Червонный, 1974; Горшенин и др., 1981).

Началом пожароопасного периода принято считать дату устойчивого схода снежного покрова, т.е. календарный срок полного освобождения от него открытых участков. Как правило, первыми освобождаются от снега открытые участки южной и восточной экспозиции, свежие вырубки, гари, лесные поляны и опушки леса. Установлено (Арцыбашев, 1985), что в средней полосе европейской части РФ снежный покров сходит в березняках на 10-11 дней позже, чем в поле, в сосняках - на 13-15 дней, а в ельниках - на 20-25.

Исследования, выполненные М.А.Софроновым (1970а), показали, что в горах Алтая на южных склонах пожарная зрелость лесных участков наступает непосредственно за подъемом уровня снеговой линии, а на северных склонах наблюдается отставание от нее на 300-500 м (до 800 м) по высоте (в зависимости от крутизны склона и типа леса). В то же время на территории охраняемой Западно-Уральской авиабазой, продолжительность периода с момента схода снежного покрова до появления первых единичных пожаров составляет 5-20 сут. (Ушакин, 1978), а массовые вспышки первых пожаров наступают через 20-40 сут.

Благодаря зимним осадкам происходит накопление влаги в почве, что особенно важно на Урале, где май и июнь характеризуются малым количеством осадков при высоких температурах воздуха.

Общеизвестно (Курбатский, 1962; Мелехов, Душа-Гудым, 1979 и др.), что выпадение дождя в 5 мм устраняет на некоторое время пожарную опасность в большинстве типов леса, так как горючие материалы впитывают большое количество влаги. Наступление пожарной зрелости в значительной степени зависит от вида доминирующих горючих материалов, а также от количества и интенсивности осадков. Как отмечалось ранее, лишайники и мхи способны удерживать большое количество влаги, а следовательно, быстро увеличивать свою влажность. В то же время при отсутствии осадков и наступлении жаркой погоды их влажность резко падает и нередко уже через несколько часов после выпадения осадков лишайники и мхи способны к загоранию.

Скоротечные летние дожди часто снижают пожарную опасность на очень короткий срок, так как основная масса воды скатывается с сухих горючих материалов, не смачивая их. Напротив, моросящий в течение нескольких часов дождь способствует лучшему смачиванию горючих материалов даже при меньшем суммарном количестве выпавших осадков. По данным И.С.Мелехова и С.И.Душа-Гудым (1979), после выпадения дождя в 5,8 мм в течение 2 ч пожароопасность наступила спустя 35 ч. В то же время дождь, моросивший в течение суток, устранил пожарную опасность на 90 ч, хотя выпало лишь 1,8 мм осадков.

Влажность воздуха, как и осадки, оказывает большое влияние на пожарную опасность. От степени влажности воздуха непосредственно зависит ход физического испарения и транспирации растений, а следовательно, влажность и загораемость горючих материалов. Американские ученые Д.В.Гофман и У.В.Осборн (цит. по: Серебренников, Матренинский, 1937) указывали, что критической величиной относительной влажности воздуха следует считать 50%, так как при 60% и более леса гореть не могут. Благодаря изменению относительной влажности воздуха в течение суток при отсутствии дождя и росы колебание влажности лишайников достигает 30-50% при максимуме в 5-6 ч утра и минимуме в 15 ч. У гипновых мхов после дождя, когда подстилка еще сырая, суточная амплитуда колебаний влажности выше - 110-140%. Максимум их влажности устанавливается в 1-2 ч, минимум - в 13-14 ч (Софронов, 1970а,б). Таким образом, именно благодаря повышению относительной влажности воздуха в ночные часы наблюдается увеличение влажности наиболее опасных в пожарном отношении напочвенных горючих материалов, а интенсивность горения снижается. Верховые пожары в предутренние часы обычно переходят в низовые.

По данным А.А.Борисова (цит. по: Мокеев, 1965), почти во всей лесной зоне РФ годовая динамика относительной влажности воздуха имеет основной минимум в мае (45-50%) и менее значительный в сентябре, что во многом способствует распространению весенних и осенних пожаров.

При падении относительной влажности воздуха ниже 45% вероятность возгорания для большинства лесных объектов становится существенной. В то же время лесные пожары могут возникать и распространяться и при значительно большей величине показателя относительной влажности (Мелехов, Душа-Гудым, 1979). Последнее обстоятельство объясняется различной реакцией отдельных видов горючих материалов на изменение влажности воздуха. Так, влажность горючих материалов и почвы взаимно коррелируют и определяются рядом других факторов. Кроме того, требуется время для того, чтобы горючие материалы смогли абсорбировать в себя из воздуха воду.

Таким образом, относительная влажность воздуха не является универсальным показателем пожарной опасности в лесу. Высокие показатели относительной влажности воздуха обеспечивают лишь тенденцию к снижению пожарной опасности, а низкие, напротив, способствуют увеличению скорости пожара и даже переходу низовых и верховые. А.А.Молчанов (цит. по: Мелехов, Душа-Гудым, 1979), изучая скорость продвижения пожара в среднезахламленных насаждениях сосняка зеленомошного (полнота древостоев - 0,5-0,6, температура - 23°С и скорость ветра -11 м/с), установил взаимосвязь с относительной влажностью воздуха:

Относительная влажность воздуха, % 30   50  70   90

Скорость распространения пожара, м/ч  580 170  60 4

Для определения пожарной опасности в лесу чаще используется не показатель относительной влажности воздуха, а производная от температуры и влажности воздуха функция - дефицит влажности. Он характеризует размер возможного испарения в данных условиях и определяется как разность между показателем температуры воздуха и точкой росы. Опыт показывает, что практически все крупные пожары развивались при большом и длительном дефиците влажности воздуха.

Ветер (движение воздуха) оказывает существенное влияние как на степень пожарной опасности в лесу, так и на характер развития пожара. Ветер способствует быстрому высыханию горючих материалов, следовательно, и наступлению пожарной зрелости. Еще Г.Ф.Морозов (1930) отмечал, что ветер является важнейшим фактором физического испарения. На весьма большое иссушающее действие ветра при отсутствии солнечной радиации указывает и В.Г.Нестеров (1945). Лабораторные исследования показали, что под влиянием воздушного потока интенсивность высыхания лесных горючих материалов резко возрастает. Так, при скорости воздушного потока 5,2 м/с горючие материалы высыхают в 2-4,5 раза быстрее, чем в спокойной атмосфере.

Отмечая существенное влияние ветра на пожарную опасность, необходимо отметить, что учет этого влияния в конкретных условиях связан с большими трудностями. Скорость ветра под пологом леса значительно ниже, чем на открытых местах. Она зависит от таксационных показателей древостоя и развития нижних ярусов растительности, чередования леса с безлесными пространствами, рельефа местности и ряда других показателей. Поэтому данные о скорости ветра, полученные даже на ближайшей метеостанции, могут существенно отличаться от таковых на конкретном участке леса. В практической работе для оценки скорости ветра могут быть использованы признаки, приводимые в шкале Бофорта (табл.9).

Таблица 9 - Шкала Бофорта

Скорость ветра, м/с	Баллы и характеристика ветра	Визуальная оценка (признаки действия ветра в лесу)
0-0,5	0 - штиль	Дым поднимается вертикально вверх, движение листьев на деревьях и кустарниках не замечается
0,5-1,7	1 - тихий	Ветер ощущается как легкое дуновение, дым слегка отклоняется в сторону
1,8-3,3	2 - легкий	Дуновение ветра чувствуется лицом, листья шелестят, а листья осины в постоянном движении (трепещут), слегка качаются тонкие ветви деревьев, колышутся высокая трава, посевы зерновых, на озерах легкая рябь
3,4-5,2	3 - слабый	Листья и тонкие ветви постоянно колышутся, кроны деревьев на открытом месте и у стены леса слегка качаются, ветер ощущается на лице (бьет в лицо), клочки бумаги разносятся под пологом между деревьями, на ветру развевается флаг, на озерах слабая рябь
5,3-7,4	4 - умеренный	Тонкие ветви деревьев приводятся в движение, кроны деревьев качаются, ветви деревьев на открытом месте поднимаются и опускаются, качаются вершины деревьев, расположенных в лесном массиве, расправляется по ветру небольшой флаг, на озере и открытых участках рек появляются волны
7,5-9,8	5 - свежий	Колеблются большие сучья, деревья на открытом месте постоянно качаются, в густых насаждениях раскачиваются целиком (крона и ствол) и весьма заметно, на дорогах поднимается пыль
9,9-12,8	6 - крепкий	Качаются толстые сучьи деревьев, гудят телеграфные провода, с деревьев срываются тонкие ветки, при ходьбе против ветра ощущается его напор
12,9-15,2	7 - сильный	Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветви, неудобно идти против ветра
15.3-18,2	8 - очень крепкий	Качаются большие деревья. Ломаются ветви и сучья, движение против ветра сильно затруднено
18,3-21,5	9 - шторм	Ломаются большие сучья, сдвигаются с места легкие предметы, вываливаются с корнями отдельные деревья на сырых почвах
21,6-25,1	10 - сильный шторм	Вываливаются с корнями деревья, ломаются стволы (ветровал, бурелом)
25,2-29,0	11 - жестокий шторм	Наблюдаются большие разрушения
>29,0	12 - ураган	Наблюдается опустошение

 

Особенно велико влияние ветра на скорость и характер развития лесного пожара. За счет вызываемого ветром наклона пламени происходит ускоренный подогрев горючих материалов перед кромкой пожара, что в конечном счете способствует их быстрому высыханию и воспламенению. Еще в начале XX в. указывалось, что скорость распространения пожара при увеличении скорости ветра возрастает пропорционально квадрату его скорости. Поданным М.А.Софронова (1965), скорость низового пожара связана со скоростью ветра более 2 м/с прямолинейной зависимостью. Влияние слабого попутного ветра (до 2 м/с) выражается параболой второго порядка. Слабый (до 0,8 м/с) встречный ветер оказывает небольшое тормозящее влияние на продвижение кромки пожара. Иными словами, при прочих равных условиях именно ветер определяет направление и скорость распространения низовых и верховых пожаров, а также вытянутую форму пройденной огнем площади.

Ускоряя приток кислорода в зону горения, ветер тем самым способствует более полному выгоранию горючих материалов, а, следовательно, усиливает интенсивность пожара. Повышение скорости ветра способствует не только возрастанию скорости продвижения, но и увеличивает глубину, а также количество тепла, выделяемое одним погонным метром фронтальной кромки пожара. Одновременно происходит увеличение высоты пламени. Именно ветер во многом способствует переходу низового пожара в верховой. За счет направленного потока воздуха и ветра по отношению к фронту пожара и притяжения пламени возникает самоускоряющийся момент, образующий вихрь (Исаков, 1985). Высота пламени в колонке вихря резко увеличивается, а температура в нижней части древесного полога (при касании ее пламенем) может достигать 1000^оС, что в конечном счете обусловливает воспламенение крон деревьев.

В горных условиях большое значение имеют местные ветры. Дневные потоки нагретого воздуха, поднимающиеся вверх по склонам, способствуют развитию низовых пожаров в верховые, а стекающий вниз в ночные часы холодный воздух, напротив, задерживает продвижение пожара и ослабляет интенсивность огня

Ветер является одним из определяющих факторов развития крупных пожаров. Известны случаи, когда за счет переброшенных ветром горящих частиц возникали новые очаги пожара на расстоянии 5-6 км от фронта действующего пожара (Валендик, 1990).

В зависимости от силы ветра меняются огнезащитные свойства противопожарных барьеров. Так, если при отсутствии ветра 3-метровая минерализованная полоса, проложенная на захламленной вырубке в ельнике зеленомошном, гарантирует задержание огня с вероятностью 0,92, то при увеличении скорости ветра до 5 м/с - всего 0,44. Именно сильный ветер является основной причиной низкой эффективности задержания верховых пожаров противопожарными разрывами. Нередко под воздействием ветра возникают пожары от скрытых очагов горения и выходят из-под контроля локализованные пожары. В то «же время лесные пожары сами способствуют появлению ветра. Общеизвестен эффект встречной тяги, т.е. появления направленного движения воздуха в сторону кромки пожара.

Температура воздуха определяет величину показателя дефицита влажности, скорость испарения и транспирации, а также высыхания лесных горючих материалов, т.е. косвенно в связи с другими метеорологическими факторами температура воздуха влияет на пожарную опасность в лесу. Увеличение температуры воздуха по ряду причин не является прямым показателем повышения пожарной опасности. Известны случаи (Анцышкин, 1957), когда лесные пожары распространялись даже при отрицательных температурах воздуха. Аналогичные ситуации имели место и на Урале. Так, в декабре 1996 г. в Свердловской области было зафиксировано четыре случая низовых лесных пожаров при отрицательной температуре, что было обусловлено отсутствием снежного покрова. Наибольшее значение имеет температура воздуха весной, так как именно она определяет сроки схода снежного покрова и наступления пожароопасного сезона. Повышение температуры воздуха после таяния снега сопровождается фенофазами растений: рост стеблей и листьев травянистых растений, облиствение листопадных растений и т.д., что в значительной степени снижает пожарную опасность, особенно в густотравных типах леса.

Температуры воздуха, почвы и напочвенных горючих материалов увеличиваются синхронно. Повышение температур воздуха и почвы приводит к усилению водопоглощения корнями растений, а следовательно, ослабляет высыхание живого напоч венного покрова (особенно на севере, где тепло является лимитирующим фактором роста растений). В то же время нагревание напочвенных горючих материалов способствует повышению пожарной опасности, так как в нагретом состоянии они требуют для воспламенения меньшего количества энергии.

Облачность в значительной степени определяет поступление солнечной радиации. Относительная скорость высыхания горючих материалов находится в прямой зависимости от относительной освещенности в лесу, причем эта связь близка к линейной. Идея о главенствующей роли солнечной радиации в процессе высыхания лесных горючих материалов нашла косвенное отражение в теории Н.П.Курбатского (1962) о «пожарном созревании» лесных участков. Следует отметить значение грозовой облачности, особенно при отсутствии осадков, как показателя повышенной опасности возникновения лесных пожаров от молний.

Обобщая роль отдельных метеорологических факторов в формировании пожарной обстановки в лесу, следует отметить, что данные о величине каждого из них в отдельности не могут служить достоверным основанием при установлении возможности возникновения и распространения лесных пожаров. Объективная обстановка может быть установлена только на основании комплексных данных о метеорологических условиях.