Прогнозирование пожарной опасности лесов по условиям погоды

Пожарная опасность в лесу по условиям погоды определяет угрозу возникновения и особенности развития лесных пожаров, а также оперативность применения сил и средств их профилактики, обнаружения и ликвидации.

Для объективности оценки погодных условий, приводящих к возникновению пожаров на лесных территориях, используют комплексный учет основных метеорологических факторов, данные о которых позволяют установить состояние пожарной опасности в лесу на текущий день и сделать ее краткосрочный прогноз. Система определения опасности загораемости лесов должна учитывать роль погодных условий, как в пространстве, так и во времени, отличаться оперативностью, точностью оценки и практичностью применения.

Первые попытки определения пожарной опасности лесов по условиям погоды начаты более 100 лет назад И. М. Ожогин, анализируя статистические материалы бывшей Костромской губернии России, установил связь числа и площади лесных пожаров с количеством дней без дождя, выпадающих атмосферных осадков и ветровым режимом.

Н. П. Курбатским отмечена различная степень угрозы возникновения пожаров по условиям погоды в зависимости от категории лесных земель и типов леса.

М. В. Ситнов, обобщая результаты исследований американских ученых XX столетия в области определения пожарной опасности лесов по условиям погоды, выдвинул следующие положения:

– пожарная опасность лесов зависит, в первую очередь, от количества, характера и состояния лесных горючих материалов и погодных условий;

– частота возникновения лесных пожаров выше, если относительная влажность воздуха ниже 50 %, а при относительной влажности воздуха 30 % и ниже уже наблюдается высокая степень пожарной опасности лесов;

– прямой связи пожарной опасности лесов с температурой воздуха не наблюдается, однако она оказывает косвенное влияние на данный фактор через изменение относительной влажности воздуха;

– ветер влияет на скорость испарения влаги с поверхности горючих материалов, увеличивая тем самым пожарную опасность лесов, а при возникновении лесного пожара усиливает интенсивность горения и скорость распространения пожара.

И. М. Ожогин и М. В. Ситнов при разработке методов прогноза возможности возникновения лесных пожаров установили связь влажности горючих материалов с метеорологическими факторами. Г. Я. Вангенгейм установил зависимость между количеством возникающих лесных пожаров и метеорологической обстановкой (количество и продолжительность выпавших осадков).

Природно-климатические условия являются наиболее изменчивым фактором, оказывающим большое влияние на пожарную опасность лесов. Возникновение и распространение лесных пожаров зависят от изменения температуры воздуха и его относительной влажности, количества и частоты выпадающих атмосферных осадков. Пожарная опасность увеличивается с повышением температуры воздуха, при которой наблюдается его низкая относительная влажность, что способствует быстрому высыханию лесных горючих материалов и их воспламенению при наличии источников огня.

Температура и относительная влажность воздуха изменяются в широких интервалах в зависимости от времени суток, сезона года, географической широты местности или ее высоты над уровнем моря. На условия распространения пожаров влияют также скорость ветра и облачность. Выпадение даже небольшого количества атмосферных осадков приводит к увлажнению напочвенного покрова и снижению на определенное время опасности возникновения лесного пожара. Все эти факторы необходимо учитывать при прогнозировании пожарной опасности лесов по условиям погоды.

В. Г. Нестеров предложил прогнозировать пожарную опасность лесов по режиму атмосферных осадков, дефициту влажности и температуре воздуха и разработал специальную шкалу для расчета комплексного показателя пожарной опасности лесов по условиям погоды (Кп) по формуле 3.1:

Кп =t(t– τ), (3.1)

где t – температура воздуха,

τ – точка росы (τ – температура воздуха при которой образуется роса) в 12 ч;

п – число дней, прошедших после дождя, включая последний день выпадения осадков.

Комплексный показатель представляет сумму признаков за каждый день бездождевого периода.

Таким образом, степень пожарной опасности по условиям погоды оценивается показателем, который учитывает метеорологические факторы, влияющие на изменение влажности лесных горючих материалов. Для вычисления этого показателя необходимы следующие данные: температура воздуха и точка росы на 12 ч по местному времени; количество выпавших осадков за предшествующие сутки (т. е. за период с 12 ч предыдущего дня). Атмосферные осадки менее 3 мм при вычислении комплексного показателя не учитываются.

Показатель пожарной опасности тем выше, чем продолжительнее бездождевой период. В зависимости от значения комплексного показателя установлены границы классов загораемости шкалы В. Г. Нестерова для определения степени пожарной опасности лесов по условиям погоды (таблица 3.1).

Способность лесных горючих материалов к воспламенению зависит от продолжительности периода без выпадения атмосферных осадков, при увеличении которого происходит подсушивание лесных горючих материалов, и для их увлажнения в дальнейшем требуется значительное количество атмосферных осадков. Периодически выпадающие осадки, увлажняя горючий материал, снижают пожарную опасность в лесу, а при их выпадении в количестве 3 мм и более значение комплексного показателя принимается за 0 (ноль), а затем исчисляется обычным порядком. В то же время для возникновения пожара достаточно подсыхания только верхнего слоя лесного горючего материала. Значительное влияние на данный процесс оказывает облачность. Следует отметить, что после длительного засушливого периода выпадение даже значительного количества атмосферных осадков не может обеспечить полную негоримость лесов. Поэтому значение комплексного показателя за предыдущий период после выпадения осадков в количестве 3 мм и более при высокой горимости лесов (IV класс загораемости) не сбрасывается до нуля, а лишь уменьшается наполовину и в дальнейшем исчисляется обычным путем.

Таблица 3.1 – Шкала оценки пожарной опасности (загораемости) лесов по условиям погоды (по данным В. Г. Нестерова)

Класс загораемости	Комплексный показатель
I – полная негоримость	менее 300
II – низкая горимость	301–1000
III – средняя горимость	1001–4000
IV – высокая горимость	4001–10000
V – чрезвычайная горимость	более 10000

В начале весны (после таяния снега) и в конце осени (при отрицательных температурах) при длительном периоде без осадков класс пожарной опасности повышается с I до II, со II до III через каждые десять дней, независимо от значения вычисленного показателя. Весной и осенью, при скорости ветра более 6 м/с на протяжении не менее трех дней подряд, производится однократное повышение пожарной опасности лесов на один класс горимости, а численное выражение комплексного показателя принимают по среднему значению следующего класса, и дальнейшее его увеличение ведется в обычном порядке. Вычисление показателя пожарной опасности начинается со дня установления пожароопасного периода, продолжается ежедневно и заканчивается осенью с установлением снежного покрова.

Метеостанции сообщают лесхозам, лесничествам и авиационным отделениям значения температуры воздуха и точки росы, а также количество выпавших осадков на 12 ч по местному времени или же вычисленный комплексный показатель. Достоверность прогнозирования пожарной опасности лесов повышается при увеличении сети метеостанций (пунктов определения пожарной опасности по условиям погоды). При удаленности их от лесных массивов более чем на 25 км, метеонаблюдения производят непосредственно в лесничестве, лесхозе, на основе применения дождемеров, психрометров и психрометрических таблиц. Психрометр устанавливают вне помещения на высоте 2 м от поверхности земли. По сухому термометру определяют температуру воздуха, а на основании отсчетов по сухому и смоченному термометрам при помощи психрометрических таблиц определяют точку росы.

И. С. Мелехов отмечал, что возможность возникновения пожаров в лесах, в зависимости от погодных условий, появляется через два–три, иногда через день после выпадения атмосферных осадков.

Определение пожарной опасности в лесу в США и Канаде производят по группе природно-климатических и лесорастительных факторов, которые подразделяют на постоянные и переменные. К постоянным факторам относят: особенности лесных горючих материалов (вид, количество, состояние, размеры, структура расположения, возраст растительности), природно-климатические условия (сроки пожароопасных сезонов и особенности возникновения и распространения пожаров на их протяжении), рельеф местности, основное направление ветров, характер напочвенного покрова, степень антропогенной нагрузки, наличие природных противопожарных барьеров и заслонов (река, озеро, пожароустойчивое насаждение).

Переменные факторы, определяющие горимость лесов, включают: влажность горючих материалов и сезонную динамику их количества, относительную влажность и температуру воздуха, скорость и направление ветра, прогнозируемое количество источников огня и вероятность загорания от них в лесу. В качестве наиболее важных факторов учитываются количество атмосферных осадков, влажность горючих материалов и скорость ветра.

Каждому из этих факторов придается определенное числовое значение, по сумме которых устанавливают класс пожарной опасности лесов по условиям погоды. С выпадением атмосферных осадков показатель пожарной опасности уменьшается в зависимости от их количества. Данный метод суммирования факторов, определяющих пожарную опасность лесов, разработанный в Америке в конце тридцатых годов прошлого столетия, применяется в настоящее время не только в США, но и в отдельных районах Канады, Австралии. При определении пожарной опасности в лесу в США и Канаде наиболее важное значение имеют скорость ветра и влажность горючих материалов. Однако, в этих странах принято считать, что скорость ветра оказывает большее влияние на скорость распространения пламени, а влажность горючих материалов – на число возникающих пожаров.

В США при разработке единой национальной системы расчета пожарной опасности лесов по условиям погоды учитывается более 17 различных природных и антропогенных факторов, наиболее важным из которых принято считать количество выпавших атмосферных осадков. Учитываются также влагосодержание горючих материалов, скорость ветра, рельеф местности и другие природные и антропогенные факторы. Данная система определения пожарной опасности лесов по условиям погоды очень сложна, поэтому необходима ее автоматизация, что ограничивает ее внедрение при мониторинге лесных пожаров. Тем не менее, применение североамериканских критериев определения пожарной опасности лесов по условиям погоды позволяет повысить эффективность охраны лесов от пожаров и снизить затраты на ее проведение.

В настоящее время на территории Республики Беларусь для оценки (прогнозирования) пожарной опасности в лесу по условиям погоды Гидрометеоцентром используется разработанная Н. А. Диченковым шкала загораемости лесов, позволяющая определить срок возникновения пожара под пологом леса и класс пожарной опасности по условиям погоды (таблица 3.2). Эти данные дают возможность юридическим лицам, ведущим лесное хозяйство, регламентировать работу служб охраны лесов от пожаров, своевременно сосредоточить силы и средства пожаротушения в местах с повышенной опасностью возникновения и распространения пожаров.

Определение класса пожарной опасности (загораемости) лесов по условиям погоды для предприятий лесного хозяйства республики проводится Гидрометеоцентром на основании получения необходимых данных со всех имеющихся метеостанций. Данная информация за последние сутки и краткосрочный (до 3 дней) прогноз загораемости лесов по областям и районам в виде изолиний и различной окраски по классам пожарной опасности наносится на синоптические карты и передается органам лесного хозяйства. Представленные сведения являются для лесохозяйственных предприятий основой по принятию необходимых мер по предупреждению возможности возникновения и распространения пожаров и регламентации работы лесопожарных служб.

Для получения сведений о погодных условиях непосредственно в зоне обслуживания лесопожарных станций, в дополнение к получаемой от Гидрометеоцентра метеорологической информации о пожарной опасности в лесу по условиям погоды, предусматривается их оснащение указателями пожарной опасности погоды (УСП-1), с помощью которых автоматически определяется комплексный показатель загораемости и класс пожарной опасности лесов по условиям погоды.

Достоверная и оперативная информация о пожарной опасности лесов по условиям погоды способствует своевременному обнаружению пожаров и повышению эффективности системы охраны лесов от пожара. Для получения своевременной информации непосредственно в условиях лесничества и других структурных подразделений лесохозяйственных предприятий используются не только рассмотренные выше шкалы, но приборы для оценки пожарной опасности лесов по условиям погоды.

Таблица 3.2 – Шкала оценки пожарной опасности (загораемости) лесов по условиям погоды (по данным Н. А. Диченкова)

Сумма осадков за последние 10 суток, мм	Классы загораемости
I полная незагораемость под пологом леса	II слабая	III средняя	IV высокая	V чрезвычайная
10 (3–14)	менее 30 менее 150	31–150 151–500	151–800 501–4000	801–2000 4001–10000	более 2000 более 10000
20 (15–25)	менее 50 менее 250	51–180 251–600	181–830 601–4100	831–2031 4101–10100	более 2031 более 10100
26 и более	менее 60 менее 350	61–200 351–700	201–850 701–4200	851–2051 4201–10200	более 2051 более 10200
Примечания: 1. Числитель – показатель загораемости (); знаменатель – комплексный показатель пожарной опасности (); 2. W – относительная влажность воздуха в 12 ч., %; 3. – точка росы в 12 ч., °С; 4. n – число дней без дождя, включая последний день с дождем.

Индикаторные деревянные бруски,предложенныеамериканским специалистом Г. Т. Джизборном, используются для оценки влажности горючих материалов и применяются в США, Канаде, Японии, Австралии, Эстонии. При этом в различных странах при изготовлении брусков используют древесину различных древесных пород: в Канаде – пихты, в Японии – кипариса и липы японской, в Эстонии – березовый шпон. Для хвойных пород размеры брусков составляют 6×0,3×45 см, для лиственных – 2,2×1,2×45 см.

Бруски взвешивают один раз в день (16 ч), когда горючие материалы при бездождевом периоде имеют минимальную влажность. Срок службы индикаторных брусков – один год. При изготовлении их высушивают до нулевой влажности. Индикаторные бруски монтируются по четыре штуки и укладываются в тени на подставку из железной проволоки на высоте 10–25 см над почвой. При определении вероятности возникновения пожаров пользуются шкалой:

Влажность брусков, %	Более 25	19–25	14–18	11–13	8–10	2–7
Вероятность загораемости в лесу	отсутствует	весьма малая	небольшая	средняя	большая	очень высокая

В США в результате длительного применения деревянных брусков для определения пожарной опасности пришли к выводу, что данный метод не дает точного представления о влажности лесных горючих материалов. Бруски не всегда могут служить эквивалентом лесных горючих материалов. Затруднен также подбор средних условий на местности, в которых их следует размещать.

Разработанный Г. П. Телицынымуказатель степени пожарной опасности погоды УСП-1, предназначен для автоматического определения класса пожарной опасности лесов по условиям погоды.

Принцип устройства прибора показан на рисунке 3.1. Он представляет собой два стеклянных сосуда 1 и 2, которые имеют общую воронку 3, основание 4 и сообщаются между собой через камеру с поплавковым клапаном 11. На сосудах нанесены шкалы, показывающие класс пожарной опасности по условиям погоды на данный день. Через квадратное отверстие 6 в большой воронке в сосуд 1 пропускается почти до самого дна хвостовик 7 обратной фильтрующей воронки 5. В верхней части воронки установлен фильтр из пористого стекла, через который исключена возможность проникновения в сосуд воды и воздуха. Воронка наполняется водой так, чтобы под фильтром не оставалось пузырьков воздуха. С поверхности фильтра происходит испарение воды, причем его интенсивность зависит от тех же метеорологических факторов, что и интенсивность испарения с поверхности лесных горючих материалов. По мере возрастания пожарной опасности уровень воды в малом сосуде опускается до нижней отметки. Если период без дождей продолжается, начинает опускаться уровень воды в большом сосуде 2, так как по мере испарения из сосуда 1 вода поступает через поплавковый клапан. Учет дальнейших изменений показателя горимости производится по шкале, расположенной на большом сосуде.

1 – малый стеклянный сосуд; 2 – большой стеклянный сосуд;

3 – большая воронка; 4 – основание прибора; 5 – фильтр из пористого стекла; 6 – квадратное отверстие в большой воронке;

7 – круглый хвостовик обратной фильтрующей воронки;

8 – трубка для сообщения большой воронки с поплавковой камерой; 9 – трубка для сообщения поплавковой камеры с большим сосудом; 10 – запорная игла; 11 – поплавок; 12 – жиклер; 13 – пробка;

14 – сливное отверстие.

Рисунок 3.1 – Схема прибора УСП-1

Выпадающие осадки собираются воронкой 3 и, стекая по трубке 8, попадают в сосуд 1. При выпадении осадков в количестве 2,5 мм сосуд 1 заполнится полностью, и на шкале будет нулевое значение комплексного показателя (I класс пожарной опасности по условиям погоды). Атмосферные осадки в таком количестве полностью ликвидируют возможность загорания лесного напочвенного покрова. Если осадков выпадает менее 2,5 мм, сосуд 1 заполнится водой частично, и величина показателя уменьшится. При выпадении осадков более 2,5 мм их избыток будет переливаться через трубку 9 в большой сосуд, а после его заполнения выльется через сливное отверстие 14. При использовании прибора УСП его устанавливают со снятой крышкой по отвесу на деревянном столбе высотой 1,8 м так, чтобы на него не падала тень от окружающих предметов. Показания прибора снимаются ежедневно в 12 ч по местному времени.

Электронный вычислитель пожарной опасности.Прибор разработан в Электронном центре лесной службы США. Путем отметок на циферблатах учитываются следующие факторы погоды: относительная влажность и температура воздуха, скорость ветра и количество осадков, а также вегетационная стадия (фаза) травянистой растительности. Три положения стрелки измерителя отображают на шкале показатель засухи, степень влажности горючих материалов, индекс скорости распространения огня.

Автоматическая система «Датран-100».В связи с потребностью в регулярной автоматической передаче сведений из отдаленных малонаселенных районов в Канаде (г. Оттава) разработана автоматическая измерительная система, предназначенная для дистанционной передачи пожарно-метеорологической информации.

Система «Датран-100» включает в себя центральную командную или главную станцию Master и размещаемые на охраняемой территории периферийные измерительно-передающие станции «Satellite». Центральная командная станция по радио направляет запросы измерительным станциям по заранее заданной программе. Последние в ответ на запрос передают свои метеосводки с последней информацией о местных погодных условиях. Кроме работы в автоматическом режиме по заданной программе, в необходимых случаях предусмотрена передача незапланированных запросов на отдельную станцию или на все станции в любое время суток по усмотрению оператора. Сведения содержат дату и время сеанса связи, условный номер измерительной станции, скорость ветра, относительную влажность и температуру воздуха, степень отражения солнечного света. Система предназначена для самостоятельной эксплуатации и обслуживания производственным персоналом органов лесного хозяйства.

В Швеции для определения степени пожарной опасности лесов по условиям погоды используют прибор, автоматически учитывающий на открытой местности совокупное влияние атмосферных осадков, температуры и влажности воздуха, солнечной радиации и силы ветра.

М. А. Шешуковым разработан способ оценки пожарной опасности в лесу по условиям погоды индикаторным прибором ИПЛ-2, принцип действия которого основан на измерении электропроводности материалов при различной влажности.