Влияние пирологических характеристик растительности среднего Приамурья на вероятность возникновения пожаров

Охрана и воспроизводство растительных ресурсов особенно важны для районов со значительной лесистостью, в которых леса являются значимым экономическим потенциалом, служат главным резервом биологического разнообразия, фактором оздоровления воздушной и водной сред, регулирования климата и гидрологических параметров. Например, на Дальнем Востоке России они составляют основную часть (81,1%) земельного фонда, поэтому задача их сохранения и приумножения является одной из приоритетных. Борьба с лесными пожарами занимает особое место во всем Дальневосточном регионе, но при этом следует выделить территорию Среднего Приамурья в связи тем, что здесь наблюдается большая плотность пожаров, обусловленная как пирологическими свойствами климата, так и природной пожарной опасностью растительности [1].

Цель работы: исследование изменения пирологических свойств растительности на территории Среднего Приамурья (Еврейская автономная область) в течение пожароопасных сезонов и их влияние на вероятность возникновения пожаров.

Материалы и методики исследования. Для исследования выбран пожароопасный сезон 2010 г. Сформированы две базы ежедневных данных. Первая содержит фактические метеоданные 10 гидрометеостанций (ГМС): «Облучье», «Биробиджан», «Екатерино -Никольское», «Смидович», «Ленинское», «Сутур», «Кукан», «Кур», «Хабаровск», «Хорское», «Троицкое» и прогнозные - с сайтов ГУ Гидрометцентра России [] и ИКИ РАН [http: //meteo. ]: дневную температуру воздуха и точки росы в 13-15 часов местного времени, суточный объем осадков с 9 часов утра предыдущего дня до 9 часов утра текущего дня. В территорию репрезентативности гидрометеостанций (ГМС) включены 30 километровые зоны [2], зоны ответственности определены по полигонам Тиссена [3]. Во второй базе представлены сведения о пожарах растительности по материалам КГУ «ДВ авиабаза», ОГБУ «Лесничество ЕАО» и космоснимкам с сайтов NASA [ ] и ФБУ«Авиалесоохрана» [].

Они включают даты обнаружения и ликвидации пожара, номера кварталов лесничеств или координаты операционных территориальных единиц (ОТЕ), тип пожара (лесной /не лесной).

Характеристика растительных формаций приведена по работе [4]. Степень пирологической устойчивости растительность определена по шкале [5]. Для пространственного анализа использованы две сети ОТЕ: нерегулярная квартальная сеть ОГБУ «Лесничество ЕАО» и регулярная сеть нелесного фонда с размером ячеек 2,5 х 2,5 км. Расчет показателей - лесопожарного ( L i ) и комплексного ( P i ) – производился по методу В. Нестерова [6] (уравнения 1-3):

Li=ti*(ti-τi) (1)

P i =L i , при х i ≥3 мм/сут. (2) P i =L i + P i-1 , при х i <3 мм/сут. (3)

где: t i - дневная температура воздуха, °С; τ i - дневная температура точки росы, ºС; x i - суточный объем осадков, мм.

В зонах репрезентативности ГМС прогнозное значение лесопожарного показателя L' i+n на i+n -ный день, где n - день прогноза, рассчитывается по корреляционным уравнениям зависимости фактических значений L i в особо опасные «сухие» дни от дневной температуры воздуха [7]. В зонах ответственности ГМС используются восстановленные значения показателя [8]. Комплексный показатель P' i+n прогнозируется на основе разработанных нами кодов синоптических терминов интенсивности осадков ( INT ) и системы уравнений, аналогичных уравнению В. Нестерова (1-3), принцип использования которых показан в работе [9]. Класс пожарной опасности (КПО) определяется по региональной шкале [10].

Результаты их обсуждение. Географическое положение Среднего Приамурья на стыке ЕвроАзиатского материка с Тихим океаном и его форпостом в пределах Хабаровского края – Охотским морем, и особенности муссонного климата определяют уникальное для этой части северо-западной Пацифики разнообразие растительного мира и богатство растительных ресурсов. По лесорастительному районированию территория относится к Приамурско-Приморскому хвойно-широколиственному району зоны хвойно-широколиственных лесов, по геоботанической классификации - к южной подзоне тайги и к хвойношироколиственным лесам [11]. По рельефу и характеру растительного покрова территорию можно разделить на две примерно равные по площади части. Западная (горная, лесная) занимает южные отроги Буреинского хребта (средняя высота 700-800 м), входящего в систему Малого Хингана. Здесь же имеются невысокие (400500 м) хребты Сутарский, Помпевский, Щуки Поктой. На востоке расположена, в основном, безлесная Средне-Амурская низменность с небольшими останцовыми возвышенностями: Ульдура, Чурки, Большой и Малый Даур и др.

Для автономии характерен разнообразный растительный покров, пестрота которого обусловлена горизонтальной и вертикальной зональностью, участием интразональных группировок, антропогенной деятельностью. Флора представляет собой сочетание четырёх типов: маньчжурского, охотского, даурского, восточно-сибирского. Основными растительными формациями являются заросли кедрового стланика, багульников, рододендрона золотистого и других высокогорных растений, приуроченных к верхнему горному поясу; темнохвойные пихтово-еловые леса из ели аянской и пихты белокорой; лиственнично-еловые и елово-лиственничные леса гор и межгорных долин; елово-пихтовые и пихтово-еловые с кедром и широколиственными породами (неморальные ельники); белоберезовые и осиново-белоберезовые леса с хвойными, широколиственными породами и производными лесами на горных склонах; широколиственно-еловокедровые леса или северные кедровники; широколиственные смешенные многопородные леса; леса и редколесья из дуба монгольского; мелколиственные леса и редколесья на равнинах и в долинах рек, луговая и болотная растительность.

Таблица 1. Степень пирологической пожарной опасности участков основных растительных формаций и возможность их возгорания при определенных погодных условиях на территории Среднего Приамурья

Основные растительные формации, степень опасности	Геоботанический район	Значение комплексного показателя1
		весна и осень	лето
не покрытые лесом площади, редины, вырубки с травяным покровом или ягелем2 I, очень высокая	Сутарско-Помпеевский широколиственно-елово-кедровых лесов и их производных Хингано-Кульдурский мелколиственных редколесий и горных вейниковых лугов	300	750
лиственнично-еловые  и  елово лиственничные горные леса I, очень высокая	Сутарско-Помпеевский широколиственно-елово-кедровых лесов и их производных Верхнокаменушинский темнохвойных лесов	300	750
		350	1000
лиственнично-еловые  и  елово лиственничные горные леса I, очень высокая	Приамурский широколиственных лесов с преобладанием дубовых	350	1200
широколиственно елово-кедровые леса (северные кедровники)	Сутарско-Помпеевский широколиственно-елово-кедровых лесов и их производных	400	1400
мелколиственные леса и редколесья на горных склонах II, высокая	Хингано-Кульдурский мелколиственных редколесий и горных вейниковых лугов	420	1500
широколиственно-дубовые    леса восточных и западных склонов II, высокая	Приамурский широколиственных лесов с преобладанием дубовых	450	1500
широколиственные кустарниковые леса на склонах II, высокая	Сутарско-Помпеевский широколиственно-елово-кедровых лесов и их производных Приамурский широколиственных лесов с преобладанием дубовых	480	1600
пихтово-еловые и елово-пихтовые леса с кедром, широколиственными породами (неморальные ельники): зеленомошные; кустарничково - мелкотравные зеленомошные; среднего горного пояса; осинники и смешанные леса на северных склонах III, средняя	Верхне-Каменушинский темнохвойных лесов Сутарско-Помпеевский широколиственно-елово-кедровых лесов и их производных
		650	2000
		700	2500
		750	2800
		750	3000
лиственничники кустарничково -моховые с ериком, редколесья межгорных долин IV, умеренная	Низинный Инно-Бирский заболоченных лесов Хингано-Кульдурский мелколиственных редколесий и горных вейниковых лугов	2000	4000
лиственничники осоко-сфагновые, ельники сфагновые заболоченные, болота сфагновые, постоянно увлажненные V, низкая	Низинный Инно-Бирский заболоченных лесов Низинный Урми – Амурский зарослей ерников в сочетании с болотами и мокрыми вейниково-осоковыми лугами Приамурский равнинный влажных и мокрых вейниковых лугов	5000	7000*

Примечание: 1. Наименьшее значение показателя, при котором возможно возникновение пожара. 2. Участки растительности 3. Значение комплексного показателя рассчитывается по уравнения (1-3)

В северных горных районах, на отдельных наиболее высоких участках хребтов Малый Хинган и Пом-пеевский, в истоках рек Кульдур, Каменушка, Сагды-Бира расположены темнохвойные леса, испытывающие большое влияние пожаров. В низших частях горных склонов, вдоль рек Амур и Бира, а также на остан-цовых возвышенностях и релках Средне - Амурской низменности основными являются лиственные, преимущественно, дубовые леса. Еловые леса сохранились только на северо-западе в пределах верховья р. Каме-нушка, но на большей части Буреинского хребта, где они раньше господствовали, вследствие пожаров, теперь развиты заросли вейника или производные мелколиственные леса. Белоберезовые, осино-белоберезовые леса с хвойными и широколиственными породами на этих же горных склонах также возникли после пожаров. Неморальные ельники занимают значительную площадь; по условиям рельефа они разделяются на горные и горнодолинные. После пожаров вместо елово-пихтовых лесов развивается травянистая растительность или вторичные леса с господством мелколиственных пород как временно-производные, но длительно существующие группировки. Широколиственно - елово-кедровые леса или северные кедровники ха- рактерны для высот 100-150 и 600-650 м. Крупные массивы имеются на Сутарском и Помпеевском хребтах, но на хребте Щуки-Поктой и в среднем течении левых притоков р. Бира они почти не сохранились из-за неправильного ведения лесозаготовок и частых пожаров.

Широколиственные леса характерны для нижнего яруса гор и для повышенных участков СреднеАмурской низменности. По своему составу они подразделяются на смешанные многопородные и на дубовые леса. Среди дубовых лесов условия для возникновения пожаров создаются на песчаных аллювиальных почвах на равнине, на скелетных почвах низкогорий и в среднем поясе гор. Свежие дубняки с липой, кленами и другими породами на низкогорьях и влажные с лещиной и леспедецей на релках Средне-Амурской низменности менее пожароопасны. Мелколиственные леса и редколесья, которые произрастают на горных склонах и возвышенных участках, иногда являются коренными насаждениями, но могут иметь вторичный характер вследствие послепожарной сукцессии в лиственничниках. Для равнинной восточной части территории типичны осоково-разнотравно-вейниковые луга с высокой пожарной опасностью, а также травяные и моховые болота.

Таблица 2. Количество дней пожароопасного сезона, в которых возможно возгорание растительности на территории Среднего Приамурья (2010 г.)

Количество дней
апрель		май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь
А	1 В	А	В    1 А	В      1А	В    1 А	В    1 А	В	1 А	В
непокрытые лесом площади, редины, вырубки с травяным покровом или ягелем
15	49 1	22     1	72    1 17	55      1 12	37    1 12	39    1 20	66	1 22	70
			лиственнично-еловые и елово		-лиственничные горные леса
13	45    1	22 1	70    1 15	49      1 9	30    1	28    1 19	63	1 21	66
леса и редколесья из дуба монгольского на южных склонах
13	45     1	22     1	70    1 13	45        1 8       1	25     1 7       1	23    1 19	63	1 21	66
широколиственно елово-кедровые леса (северные кедровники)
11	38 1	22 1	70   1  12	39        1 6      1	19 1 6      1	19    1 18	59	1 20	63
мелколиственные леса и редколесья на горных склонах
11	36 1	21      1	69   1 12	39        1 5       1	17 1 5 1	15 1 17 1	56	1 20	63
широколиственно-дубовые леса восточных и западных склонов
11	35     1	21      1	67    1 12	39        1 5 1	17 1 5 1	15   1   16	54	1 19	61
широколиственные кустарниковые леса на склонах
10	33 1	20 1	64  1   11	37     1 5 1	17 1 4 1	14 1   15 1	51	1 18	59
	Пихтово-еловые и елово-			пихтовые леса с кедром, широколиственными породами
			(неморальные ельники) ельники – зеленомошные
8	27 1	18     1	59    1 10	33        1 4      1	12      1 3        1	9       1 13 1	42	1 16	52
ельники кустарничково-мелкотравные зеленомошные
8	26 1	18     1	58     1 7       1	24        1 2 1	7 1 2 1	5 1 12 1	39	1 16	51
ельники среднего горного пояса
7	24 1	17     1	56    1 6	21         1 2 1	6 1 1 1	5 1 11 1	36	1 15	49
осинники и смешанные леса на северных склонах
7	24 1	17     1	56    1 6	19        1 2 1	6 1 1 1	4 1 11 1	36	1 15	49
лиственничники кустарничково-моховые с ериком, редколесья межгорных долин
1	4 1	10     1	32     1 4      1	14        1 0 1	0 1 1 1	3 1 4 1	13	1 5	17
	лиственничники осоко-сфагновые, ельники сфагновые заболоченные, болота сфагновые, по-
				стоянно увлажненные
0	0 1	2 1	6 1 0 1	1            1 0 1	0 1 0 1	0 1 1 1	2	1 0	0

Примечание: А - количество дней; В - количество дней в сезоне, %

Пожары растительности имеют, преимущественно, антропогенное происхождение, но следует обратить особенное внимание на контролируемое и не контролируемое выжиганием травяной растительности, так называемые сельхозпы. Они происходят весной и осенью на не покрытых лесом площадях с травяным и лишайниковым покровом вблизи населенных пунктов и сельхозугодий при наличии здесь растительности очень высокой природной пожарной опасности (I класс). К ним относятся разнотравновейниковые, осоково-разнотравные вейниковые и вейниково-осоковые луга в южной и восточной равнинной частях автономии и в долинах крупных рек. Сезон травяных палов на юге Дальнего Востока России значительно короче, чем сезон лесных пожаров, и он разбит нами на два периода по датам перехода через пороговые температуры 0, +5 и+100С. Первый (ве-тошь)– совпадает с наступлением интенсивного снеготаяния и уменьшением безморозных погод весной до 20% (0 ÷ +5)°С и с завершением превращения растительных горючих материалов (РГМ) в ветошь осенью (+5÷0)0С. Второй – период частичной ветоши, в котором ее количество зависит от температуры и объема осадков в начале и в конце вегетационного периода. Он продолжается от +5до +100С весной и от + 10 до+5°С осенью. Календарная продолжительность периодов определена по среднемноголетним данным: первый период - с 4 до 21 апреля и с 10 до 22 сентября, второй период – с 22 апреля и до 13 мая и с 23 сентября до 10 октября [12]. Возникающие в эти периоды беглые низовые пожары могут переходить на лесные массивы.

Возможность возникновения пожаров зависит от процессов высыхания-увлажнения растительности, поскольку они определяют переход ее в состояние «пожарной зрелости», которое зависит как от свойств самой растительности (и соответствующих им РГМ), так и от погодных условий. Вследствие этого весной и осенью растительность в различных геоботанических районах ЕАО может загораться при более низких значениях комплексного метеорологического показателя ( P i ), чем в летние месяцы (табл. 1). Максимальная вероятность возникновения пожара возможна, если ежедневный комплексный показатель метеорологической пожарной опасности ( P i ), который рассчитывается по условиям погоды, превышает его критическое значение.

В зависимости от зонально-геогра-фических характеристик территории для каждого участка растительной формации и соответствующего ей РГМ существует определенное количество дней в пожароопасном сезоне, в течение которых они (РГМ) находятся в состоянии «пожарной зрелости». Нами рассчитано количество дней нахождения растительности в пожароопасном состоянии в течение каждого месяца. Например, в 2010 г. растительные формации I степени опасности могут загораться при наличии источника огня, в среднем, в течение 109; II степени – 90, III степени – 67, IV степени – только 29 дней при общей продолжительности сезона 214 дней (табл. 2).

Растительность на не покрытых лесом площадях, рединах, вырубках с травяным покровом или ягелем, у которых самые высокие пирологические свойства, может находиться в пожароопасном состоянии около 120 дней, в то время как, например, редколесья межгорных долин с низкой степенью пожарной опасности, только 25 дней. Следовательно, легко возгораемые РГМ являются ресурсом для возникновения «первичных» пожаров, которые могут вызывать изменение влажностных характеристик других видов горючих материалов и перевод их в пожароопасное состояние (возникновение «вторичных» пожаров). Максимальное количество опасных дней для всех основных растительных формаций характерно для весеннего и осеннего периодов, минимальное – для летних месяцев пожаров.

Для расчета вероятности возникновения пожаров растительности в зависимости от погодных условий (F i,j (C)) нами предложено использовать соотношение:

Fi,j(C)=P'i+n/Pcr (4),

где: P i - прогнозное значение комплексного показателя в i-день, P cr - значение комплексного показателя, при котором возможно горение определенного типа растительности в зависимости от периода пожароопасного сезона (табл. 1).

Метод протестирован на примере созона 2010 г. Составлено 214 ежедневных простран-ственных прогнозов возникновения пожаров. Достоверность прогнозов, при вероятности 0,95, рассчитанная по фактическим значениям комплексного показателя ( P i ) на текущий день, составляет в среднем 86±6%, по прогнозным ( P i ) - 77±16 % (табл. 3).

Таблица 3. Достоверность прогноза пожаров растительности по погодным условиям на территории Среднего Приамурья

Степень пирологической пожароопасности основных растительных формаций			I	II	III	IV	I-IV
фактическое количество пожаров			24	40	47	14	125
расчетное количество пожаров			21	33	44	10	108
достоверность, % вероятность, 0.95	текущий день		88±12	83±12	94±6	71±26	86±6
	прогноз	1-ый день	88±12	85±11	85±10	57±29	82±7
		2-ый день	88±12	88±11	77±12	57±29	79±7
		3-ый день	88±12	85±11	77±12	50±29	78±7

Выводы: на территории Среднего Приамурья наличие растительности с высокими пирологическими свойствами, которые изменяются под влиянием погодных условий, вызывающих их переход в состояние «пожарной» зрелости, являются главными компонентами, которые при наличии источников огня природного или антропогенного происхождения способствуют возникновению пожаров.