ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 5, с. 50-61
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*634.0
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ
В РОССИИ
© 2013 г. А. З. Швиденко12, Д. Г. Щепащенко13
1 Международный институт прикладного системного анализа А-2361 Австрия Лаксенбург, Шлосплац, 1 E-mail: shvidenk@iiasa.ac.at 2 Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск Академгородок 50 стр. 28 3 Московский государственный университет леса 141005 Мытищи Московской обл. Институтская 1 Поступила в редакцию 31.03.2013г.
Рассматривается влияние климатических изменений на распространение, интенсивность и трансформирующую роль лесных пожаров. Дана обобщенная характеристика современных пожарных режимов (ПР) и их влияния на лесные экосистемы и окружающую среду. Усиливающаяся частота катастрофических пожаров является типичной чертой ПР. Применение различных спутниковых инструментов свидетельствует, что средняя площадь природных пожаров на территории страны в 1998-2010 гг. составила (8.2±0.8) • 106 га, из которых примерно две трети находится на лесных и половина - на покрытых лесом землях. Средняя величина углеродного пожарного баланса за указанный период в год пожара составила 121±28 Тг С год-1, включая 92±18 Тг С год-1 на лесных землях. Прогнозы, базирующиеся на моделях общей циркуляции атмосферы, предполагают существенную акселерацию ПР к концу XXI в., что на фоне возрастания сухости климата и таяния многолетней мерзлоты может привести к драматическим потерям лесных площадей и ухудшению качества лесов на большей части лесной зоны. Переход к адаптивному лесному хозяйству позволяет существенно снизить ожидаемые потери. В работе кратко обозначены основные направления адаптации системы охраны и защиты лесов к изменениям климата как составной части процесса перехода к устойчивому управлению лесами России.
Климатические изменения, лесные пожары, современные и ожидаемые пожарные режимы, адаптация лесов России к климатическим изменениям.
Природные (растительные) пожары оказывают разнообразное влияние на внешнюю среду и климатическую систему Земли. Оно включает эмиссии парниковых газов и аэрозолей, изменение эвапотранспирации и теплового режима поверхности, протекание основных экологических процессов (продуктивность, почвенное дыхание), послепожарные изменения альбедо на пожарищах и вследствие осаждения сажи ("black carbon") на снег и морской лед и многое другое. Интегральная оценка влияния пожаров зависит от продолжительности периода оценивания. Комплексное воздействие перечисленных выше и других агентов в год пожара и начальный период восстановления экосистем приводит к заметному парниковому эффекту, в то время как многолетнее послепожарное увеличение альбедо существенно снижает суммарное воздействие [39].
Лесные пожары являются неотъемлемой составляющей эволюции лесных экосистем и современного состояния лесного покрова России. Двоякая роль лесных пожаров отчетливо проявляется на территории страны. В неуправляемых лесах высоких широт, особенно на многолетней мерзлоте, низовые пожары в рамках исторически сложившихся пожарных циклов (от 50-80 до 150-300 лет) являются частью природного механизма, предотвращающего снижение продуктивности лесов, развитие процесса заболачивания и распространение зеленого опустынивания [10, 11]. На большей части лесной зоны пожары являются наиболее вредоносным природным нарушением, определяющим сукцессионную динамику лесов, мозаичность и структуру лесного фонда, количественные и качественные характеристики древостоев и приводящим к значительным эко-
логическим, экономическим и социальным потерям. Пожары являются основным фактором, определяющим динамику запаса углерода в экосистемах бореальных лесов [29]. Пожарные режимы (регионально обусловленные устойчивые сочетания типов, распространенности, частоты и интенсивности лесных пожаров, определяющие степень разрушения лесных биогеоценозов и послепожарную динамику их восстановления) зависят от четырех основных факторов - сезонной погоды (климата), количества и состояния растительных горючих материалов (РГМ), наличия источников огня и деятельности человека. Поэтому климатические изменения на фоне современных социально-экономических процессов являются важным фактором, влияющим на лесопожарную ситуацию и стратегию борьбы с лесными пожарами. В настоящей работе сделана попытка проанализировать влияние наблюдающихся и ожидаемых изменений климата на леса и пожарные режимы (ПР) на территории страны и обсудить основные направления адаптации лесов к климатическим изменениям, ожидаемым в XXI в.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
При выполнении работы использованы как оригинальные, так и прочие доступные источники информации. Для уточнения общей площади природных (растительных) пожаров в 1998-2010 гг. проведен попиксельный временной контроль и реанализ данных, полученных Институтом леса им. В.Н. Сукачева [17]. Исходный массив данных представлял собой результаты обработки сигналов 1-5 каналов NOAA AVHRR с разрешением 1 км2 по алгоритму, основные черты которого описаны в [42, 44]. Обычное завышение площадей пожаров изображениями грубого пространственного разрешения было скорректировано на основе регрессий, разработанных сибирскими учеными с использованием наземных измерений и изображений Landsat 30-метрового разрешения [1]. Далее проводился сравнительный анализ оценок площадей, пройденных природными пожарами, с результатами наиболее длительных из существующих серий наблюдений, которые получены иными спутниковыми приборами - MODIS на борту спутников Terra и Aqua и содержатся в глобальной базе пожарных эмиссий GFED3 [46] и SPOT-Vegetation [2].
Распределение площадей природных пожаров по классам растительности и оценка пожарных эмиссий базировались на данных Интегральной земельной информационной системы (ИЗИС), разработанной в Международном институте прикладного системного анализа [40]. Она содержит
гибридный земельный покров в виде многослойной геоинформационной системы и многочисленных атрибутивных баз данных. Для представления земельного покрова и его параметризации использовано 12 спутниковых инструментов, а также доступные наземные измерения in situ, данные инвентаризаций и обследований (учет земельного и лесного фондов и т.д.). Иерархическая классификация растительности включала от нескольких десятков классов для сельскохозяйственных земель до ~80 тысяч для лесов. ИЗИС содержит исчерпывающую характеристику ландшафтов и экосистем (включая фитомассу, чистую первичную продукцию, гетеротрофное дыхание и т.д.) и совмещена с климатическими данными за последние 4 десятилетия. Базовое пространственное разрешение ИЗИС составляет 1 км2. ИЗИС представляет, видимо, наиболее информативное из существующих геореференсированных численных описаний земельного покрова и растительности России.
Углеродный пожарный баланс рассчитывался как часть полного верифицированного учета углеродного бюджета экосистем [41]. При расчете эмиссий рассматривались 5 типов пожаров (верховые, беглые и устойчивые низовые, торфяные, подземные), месячное распределение по которым устанавливалось на основе усредненных многолетних региональных данных. РГМ классифицировались по 12 типам. Средняя многолетняя интенсивность пожаров (доля сгораемых РГМ) корректировалась в зависимости от региональных погодных условий индивидуальных пожарных сезонов [17, 41].
СОВРЕМЕННЫЕ ПОЖАРНЫЕ РЕЖИМЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
Климатические изменения последних десятилетий в России очевидны. Тренд увеличения годовых температур в 1976-2012 гг. на территории страны был почти в три раза выше, чем глобальный, составив 0.43 и 0.17°C за 10 лет, соответственно. В высоких широтах тренд составил 0.61°C за 10 лет. Эти тренды остаются устойчивыми: из трех наиболее теплых лет за всю документированную историю измерений климатических показателей на территории страны два (2007 и 2008 гг.) приходятся на последнюю декаду [5]. Среднее количество годовых осадков увеличивается, но незначительно (+7.2 мм за 10 лет в 1976-2008 гг. по сравнению с 1961-1990 гг.). Пространственно тренд изменения количества осадков очень неоднороден. На значительной части страны он близок к нулю, а в восточной Рос-
сии на протяжении года и в европейской части летом - отрицательный. Индексы сухости климата возрастали почти во всей бореальной зоне, продолжая тенденции последних 50 лет. Заметно усилилась неустойчивость погоды. Частота сильных и продолжительных (до 100-120 дней) засух на обширных площадях увеличивается, нередко с аномально высокими температурами.
Такая специфика климата обусловила увеличивающуюся частоту катастрофических пожаров, которые, охватывая площади в десятки и сотни тысяч гектаров в пределах больших географических районов, приводят к деградации лесных экосистем, снижению их биоразнообразия, повреждению и уничтожению сырьевой базы лесной промышленности, образованию особых погодных ситуаций на больших территориях, крайне негативно влияют на экономику и инфраструктуру, ухудшают жизненные условия и здоровье населения в районах их распространения и ведут к необратимой трансформации лесной среды на длительный период, превышающий жизненный цикл основных лесообразователей [1, 17, 19, 47 и др.]. В зоне катастрофических пожаров комплексный показатель влажности достигает величин порядка 12000-14000; средняя площадь отдельных пожаров возрастает в 5-10 раз, задымление охватывает десятки миллионов гектаров. Меняется распределение пожаров по типам. Г.Н. Коровин [33], обобщая доступную информацию о пожарных режимах второй половины XX в., 77% пожаров отнес к низовым, 22% к верховым и 1% к подземным. При катастрофических пожарах последнего десятилетия доля верховых и подземных пожаров увеличилась в 1.5-2 раза. Меняются типы пожароопасных сезонов с преобладанием длительных летних - раннеосенних. Пожары распространяются в обычно негорючие болота, меняется состав пожарных эмиссий с увеличением содержания СО, СН4 и КОХ за счет глубокого почвенного горения. Послепожарный отпад в зоне катастрофических пожаров при устойчивых низовых пожарах превышает 50% и может достигать 90% запаса древостоев. В п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.