УДК 551.509.68:630<<2007/2012>>(48+58)
Выбросы черного углерода от природных пожаров на землях лесного фонда Российской Федерации в 2007—2012 гг.
Н. С. Смирнов*, В. Н. Коротков*' **, А. А. Романовская*
Приведена методика расчетного мониторинга выбросов черного углерода от природных пожаров и проведен расчет для территории России за период 2007—2012 гг. Дано распределение выбросов черного углерода по типам пожаров и по регионам. За рассматриваемый период среднее значение выброса черного углерода от природных пожаров составило 81,9 ± 37,2 тыс. т/год, межгодовые колебания — от 53,8 тыс. т в 2011 г. до 143,5 тыс. т в 2008 г. Среднее значение выброса черного углерода в лесах от верхового пожара составило 25,0 ± 3,7 кг/га, от подземного пожара — 24,0 ± 0,1 кг/га, от низового пожара — 10,2 ± 1,2 кг/га, от пожара на нелесных и на непокрытых лесом землях — 4,1 ± 0,3 кг/га.
Ключевые слова: черный углерод, земли лесного фонда, лесные пожары.
Введение
Черный углерод — это "твердые частицы, в основном состоящие из чистого углерода, которые адсорбируют солнечную радиацию на всех длинах волн" [19]. Он является наиболее активной частью взвешенных частиц, адсорбирующих солнечную радиацию, и основным компонентом сажи, которая помимо черного углерода включает органический углерод и другие примеси. Основные выбросы черного углерода происходят вследствие неполного сгорания ископаемого топлива, биотоплива и биомассы. Время его пребывания в атмосфере непродолжительное — от нескольких дней до недель, поскольку частицы легко вымываются осадками. Аэрозольные частицы, включающие черный углерод, оказывают влияние на климат: поглощают солнечную энергию и излучают инфракрасную (тепловую) радиацию, а также после выпадения на земную поверхность изменяют альбедо, что приводит к ее дополнительному разогреву. Эти эффекты наиболее критичны в зонах, покрытых снегом и льдом (в полярных областях и горных районах), в которых ускоряется таяние. Общее радиационное возмущающее воздействие частиц черного углерода в результате прямого поглощения солнечной радиации, взаимодействия с облаками и
* Институт глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук; e-mail: smns-80@rambler.ru, e-mail: an_roman@mail.ru.
** Московскийгосударственныйуниверситет им. М. В. Ломоносова; e-mail: korotkovv@list.ru.
их разогрева, а также изменения альбедо снега и льда оценивается от 0,64 Вт/м2 [14] до 1,1 (0,17—2,1) Вт/м2 [12], что соответствует нагреву поверхности в 2—4 раза больше, чем при воздействии диоксида углерода (С02).
Образование черного углерода происходит не только при природных пожарах, но и в процессе горения органических соединений, например, при работе дизельных установок, отоплении помещений углем, дровами, мазутом и приготовлении пищи в печах и плитах. В ряде стран, в том числе и в России, одним из наиболее важных источников поступления черного углерода в атмосферу являются лесные пожары [11, 15, 16, 19]. При лесных пожарах в атмосферу поступает как парниковый агент (черный углерод), так и другие соединения (в частности, органический углерод), которые оказывают на атмосферу охлаждающее воздействие. Эти взаимосвязанные и противоположно направленные эффекты следует учитывать при разработке мер по сокращению выбросов парниковых газов от горения би омас сы.
В последнее время проблема влияния черного углерода на изменение климата привлекает к себе все большее внимание в научном мире и на межгосударственном уровне. Так, в 2012 г. была образована коалиция стран по изучению этой проблемы и возможностей принятия некоторых практических мер по снижению выбросов черного углерода — "Климат и чистый воздух" (Climate and Clean Air Coalition, CCAC). В сферу интересов коалиции входят также другие короткоживущие климатические агенты: метан, тропосферный озон и гидрофторуглероды. В отличие от долго-живущих парниковых газов (время их существования 100 лет и более), короткоживущие парниковые агенты не способны к продолжительной циркуляции в системе атмосфера — океан — экосистемы суши. Поэтому сокращение объема их выбросов может сказаться на их содержании в атмосфере сравнительно быстро — в течение примерно 10 лет и менее. Считается, что наряду с контролем выбросов С02 меры по сокращению выбросов ко-роткоживущих парниковых агентов могут уменьшить антропогенное повышение глобальной температуры еще на 0,5°С к 2050 г. [18].
Метан и гидрофторуглероды входят в число парниковых газов, подлежащих контролю согласно Рамочной конвенции об изменении климата ООН (РКИК ООН), и их выбросы оцениваются ежегодно в Национальном докладе о кадастре парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом [6, 7]. Тропосферный озон является вторичным производным от парниковых газов, регулируемых РКИК ООН. В отличие от вышеперечисленных черный углерод в данный момент не является объектом мониторинга в России (как по выбросам, так и по присутствию в атмосфере и вы па де нию на по вер хность).
Согласно имеющимся в литературе данным, выбросы от лесных пожаров в России составляют от 40 до 56% общей эмиссии черного углерода в стране, 30% привносит сжигание топлива на местном уровне (биомассы, угля, древесины и т. п.), еще примерно по 10% приходится на травяные палы, промышленность и транспорт [13, 19]. В глобальном масштабе вклад России оценивается примерно как 4—5% суммарного выброса черного углерода [13, 19]. Вклад России в глобальный выброс черного углерода от природных пожаров составляет 12—13% [13, 19]. Однако сущест-
вующие оценки выбросов черного углерода крайне неопределенны и отличаются большой межгодовой изменчивостью. Так, согласно 4-й версии Глобальной базы данных пожарных эмиссий [17], выбросы черного углерода от бореальных лесов России изменяются в широком диапазоне: от 28 тыс. т в 2004 г. до 263 тыс. т в 2012 г. В связи с этим имеется насущная не обходи мость в оцен ке вы бро сов чер но го угле рода в Рос сии и в со зда нии сис те мы его еже год но го мо ни то рин га, как расчет но го, так и экс пе ри ментального. При этом необходимо обеспечить сопоставимость результатов с Национальным кадастром парниковых газов [6, 7], обеспечивая методологическую сопоставимость (использование метода расчетного мониторинга) и согласованность по географическому охвату территории и используемым исход ным дан ным.
В задачу данного исследования входила оценка выбросов черного углерода от пожаров на землях лесного фонда Российской Федерации за период 2007—2012 гг. с использованием метода расчетного мониторинга [3].
Материалы и методы
Для оценки выбросов черного углерода использовали данные Информа-ци он ной сис те мы дис тан ци он но го мо ни то рин га Феде раль но го агентства лесного хозяйства Российской Федерации (ИСДМ Рослесхоз) [4] о площади земель лесного фонда, поврежденных пожарами в 2007—2012 гг. в отдельных субъектах Российской Федерации. Использована информация об общей площади, поврежденной огнем, а также о площади пожарных нарушений на покрытых лесом землях. Отдельно учитывали площади лесных гарей, на которых было повреждено более 75% древостоя. При этом были выделены площади, пройденные пожарами трех типов: низовыми, верховыми и пожарами на непокрытых лесной растительностью землях (гари, вырубки, прогалины, погибшие древостои) и на нелесных землях (просеки, поляны и др.). Площади, пройденные подземными пожарами, не фиксируются в связи с их небольшим размером и относятся к гарям, где древостои полностью уничтожены огнем. Данные о площади подземных пожаров были взяты из отчетности Рослесхоза. Таким образом, используемые данные о площади пожаров включают данные дистанционного зондирования и аэровизуальной съемки, а также данные наземного обследования. Общая точность данных о площади пожаров оценивается Авиалесо-охраной как ±30%.
Для расчетов запасов доступного для горения топлива, к которому относятся биомасса, подстилка и мертвая древесина, были использованы данные Государственного лесного реестра по состоянию на 1 января 2011 г. в дифференциации по субъектам Российской Федерации. Для расчетов были использованы методы и специальная программа, разработанная Центром по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской академии наук [2, 5]. Результаты оценки запасов доступного для горения органического вещества для лесных земель приведены в табл. 1. В среднем для России запасы доступного для горения органического вещества составили 121,8 т/га для покрытых лесом земель и 21,3 т/га — для непокрытых лесом земель. Для торфяных пожаров сделано допущение о том, что средние запасы доступного для горения топлива (включая органическое вещество почв) составляют 120 т/га [8].
Таблица 1
Запасы доступного для горения органического вещества на лесных землях (т/га)
Федеральный округ Показатель Покрытые лесом земли Непокрытые лесом земли
биомасса мертвая древе- си на подстилка всего биомасса мертвая древе- си на подстил ка всего
Центральный Сред нее 135,3 29,5 14,7 179,5 13,2 0,6 12,0 25,8
Минимум 121,3 24,1 11,3 156,8 8,5 0,2 8,8 17,5
Максимум 172,9 37,7 15,4 226,1 27,5 1,8 14,3 43,6
Северо- Сред нее 87,2 20,7 28,6 136,5 7,8 0,3 19,3 27,4
Западный Ми ни мум 32,9 8,1 14,2 55,3 5,6 0,1 11,9 17,6
Мак си мум 156,5 32,2 31,8 220,5 18,1 0,7 22,7 41,5
Южный Сред нее 144,7 23,5 11,7 179,9 11,4 0,4 8,9 20,7
Ми ни мум 51,9 8,0 11,0 70,9 8,9 0,2 8,2 17,3
Мак си мум 185,3 28,7 12,9 226,9 19,8 1,2 11,0 32,0
Северо- Сред нее 144,7 23,5 11,7 179,9 11,4 0,4 8,9 20,7
Кавказский Ми ни мум 24,8 3,1 11,0 38,9 6,3 0,2 8,2 14,7
Мак си мум 204,1 32,2 13,1 249,4 24,1 2,4 11,0 37,5
Приволжский Сред нее 114,5 26,0 19,4 159,9 10,6 0,4 14,2 25,1
Ми ни мум 97,9 16,5 11,8 126,2 6,5 0,2 8,4 15,1
Мак си мум 144,2 30,9 25,4 200,5 23,4 1,0 17,3 41,7
Уральский Сред нее 83,4 18,2 24,8 126,4 10,1 1,5 17,2 28,7
Ми ни мум 54,6 11,4 12,8 78,7 5,2 0,1 8,7 14,0
Мак си мум 116,4 28,1 32,1 176,7 13,5 2,1 22,1 37,7
Си бир ский Сред нее 97,8 18,5 12,2 128,5 9,2 2,1 11,0 22,3
Ми ни мум 75,6 15,1 8,6 99,3 5,8 0,2 7,5 13,4
Мак си мум 138,0 24,4 12,8 175,2 14,5 3,2 11,6 29,4
Дальн
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.