УДК 551.509.68+551.513(571.62)
Влияние температуры поверхности океанов и алеутской депрессии на лесопожарную обстановку в районах Дальнего Востока
, Г. В. Соколова*
Представлены результаты исследования влияния океанов (Северной Атлантики и северо-западной части Тихого океана) и атмосферной циркуляции в умеренных широтах Северного полушария на лесопожарную обстановку в районах Дальнего Востока. В качестве основных предикторов лесопо-жарного показателя засухи предложено учитывать коэффициенты разложения по естественным составляющим полей аномалии температуры поверхности двух океанов. В качестве дополнительного предиктора рассмотрены характеристики атмосферной циркуляции в зоне алеутской депрессии.
Б. М. Гинзбург
Введение
В связи с огромным ущербом, который приносят лесные пожары, необходима система, позволяющая вести четкую профилактическую работу, предотвращать лесопожарные катастрофы, предупреждать население о надвигающейся угрозе. Актуальность проблемы предвидения с большой вероятностью сроков наступления засушливых условий, вызывающих массовые лесные пожары, очевидна еще и в связи с увеличивающейся ролью глобального потепления.
Настоящая статья является новым подходом к решению подобной задачи в охране леса (на примере лесных территорий Дальнего Востока России) на основе учета влияния процессов и в океане, и в атмосфере. До настоящего времени эта задача не решена, поэтому появление массовых пожаров часто застает население врасплох.
Началом использования теплового состояния северной части Атлантического океана в качестве основного предиктора природных явлений можно считать конец 1930-х годов, когда Г. Р. Брегман и Г. Я. Вангенгейм разработали методику долгосрочных прогнозов сроков вскрытия и замерзания рек европейской территории бывшего СССР. Именно в этой зоне Северо-Атлантического течения наблюдается наибольшая теплоотдача из океана в атмосферу. Наличие положительной аномалии температуры поверхности океана на юге умеренных широт Северной Атлантики и отрицательной на севере способствует увеличению меридионального барического градиента в тропосфере и усилению западного переноса. При обратном распределении аномалий температуры поверхности океана меридиональ-
* Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук; e-mail: ivep@ivep.as.khb.ru.
ный барический градиент уменьшается, и образуются блокирующие антициклоны, чаще над Норвежским морем. По мнению Б. М. Гинзбурга [2, 3], подобные исследования с учетом влияния процессов теплообмена в океане и условий атмосферной циркуляции будут полезны и в применении к другим процессам переходных сезонов на суше. Этот подход был применен для раз ра бот ки ме тода дол гос роч но го про гно за пожар ной опас нос ти в лесах Дальнего Востока по метеорологическим условиям.
Методика и результаты исследований
Как известно, пожарная опасность в лесах по условиям погоды оценивается в нашей стране с 1950 г. комплексным показателем Нестерова [9]. На его основе составлена шкала, состоящая из пяти классов пожарной опасности по условиям погоды [7], регламентирующая работу лесопожар-ных служб. В настоящей работе показатели пожарной опасности рассчитывали по разным теплобалансовым методам с целью сравнительного анализа и дальнейшей оптимизации методики расчета: по методу Нестерова и методу, разработанному М. А. Софроновым в Институте леса им. В. Н. Сукачева СО РАН [15], по которому расчеты лесопожарных показателей засухи (далее ЛПЗ) выполняются на основе учета месячных данных о температуре и влажности воздуха и количестве дней за месяц с интенсивными осадками:
ЛПЗ = Т(Т - т)30/п + 1. (1)
Здесь Т — средняя месячная максимальная температура воздуха, °С; т — минимальная за месяц температура точки росы, °С; п — число дней в данном месяце с осадками >3 мм/сут. В связи с тем, что данные о температуре точки росы за многолетний период в Хабаровском ЦГМС-РСМС отсутствовали, значение т находили по формуле
т = (ЬУ(Т, ЯИ))/(а - У(Т, ЯИ)), (2)
где а и Ь — коэффициенты, а = 17,27, Ь = 237,7, °С; ЯИ — относительная влажность воздуха, %; в данном случае — средняя месячная минимальная влаж ность.
С помощью корреляционного анализа установлена связь между усредненными по периодам показателями, рассчитанными разными методами. Значимая связь оценивалась высокими коэффициентами корреляции (Я2 > > 0,6—0,9) для весны, лета, осени и всего сезона. Дальнейший анализ продол жал ся по ме тоду Соф ро но ва, кото рый по зволя ет вы пол нять ис следования на больших территориях при использовании меньшего количества ме те о роло ги чес ких дан ных, так как по ме тоду Нес те ро ва сред ние (точ нее, средневзвешенные) показатели пожарной опасности за месяц (период, сезон) мож но было рас счи тать толь ко по ежед нев ным ме те о роло ги чес ким дан ным.
Выборка метеорологических (в том числе синоптических) данных выполнялась в Хабаровском ЦГМС. Метеостанции более или менее равномерно располагаются по территории Амурской области, Еврейской автономной области и Хабаровского края. Общий период используемых метео-
рологических наблюдений составляет 52 года (1960—2011 гг.). После формирования метеорологической базы данных, включающей температуру и влажность воздуха, температуру точки росы, суточные интенсивные осадки и сумму дней за месяц с интенсивными осадками, созданы многолетние ряды ЛПЗ за пожароопасные сезоны для каждой станции: за весну (апрель, май), лето (с июня по август), осень (сентябрь, октябрь) и весь пожароопасный сезон. Средние многолетние значения ЛПЗ по 50 станциям, усредненные по вышеуказанным периодам, наносились на географические карты, анализ которых показал, что ежегодно эти показатели однородны на значительных территориях. Это позволило выделить три крупные ле со пожар ные зоны.
Как известно, самый большой на Дальнем Востоке уровень горимости лесов наблюдается в Еврейской автономной области (по данным Дальневосточного научно-исследовательского института лесного хозяйства): в среднем за год 55 лесных пожаров на площади 1 000 000 га. Наибольшие значения ЛПЗ и наибольшую площадь имеет зона 1 — зона повышенной пожарной опасности. Ее протяженность вдоль левобережья Амура составляет примерно 4000 км. Здесь расположено 17 метеостанций в южной части Амурской области, в большей части Еврейской автономной области, в самых южных и северных районах Хабаровского края. В зоне 2 — зоне средней пожарной опасности — (21 метеостанция) наибольшее число станций расположено в Хабаровском крае, меньше — в Амурской области и лишь одна — в Еврейской автономной области. Наконец, в зоне 3 — зоне пониженной пожарной опасности — (12 станций) метеорологической информацией охвачены северные районы Амурской области и центральные районы Хабаровского края. Для этих лесопожарных зон и соответствующих периодов вели дальнейшие разработки с целью получения прогностических зависимостей.
Для формирования синоптической базы данных о предикторах, обусловливающих степень опасности лесных пожаров, сделана выборка параметров циркуляции в тропосфере и нижней стратосфере умеренных широт Северного полушария в зоне 40—75° с. ш., 30—170° з. д. с шагом 5° по широте и 10° по долготе, т. е. от Азорских до Алеутских о-вов. Период выборок — январь — июнь 1960—2009 гг. Рассматривали поля среднемесячных значений аномалии приземной температуры воздуха ДТ, среднемесячных значений аномалии давления у земли Др, геопотенциала в средней тропосфере Н500 и геопотенциала в нижней стратосфере Н100 Северного полушария.
После формирования лесопожарной и синоптической баз данных и зонирования территории выявляли значимые поля метеорологических величин в тропосфере и нижней стратосфере, которые наиболее влияют на ле-сопожарную обстановку данной территории. Для их выделения применен способ оценки значений пространственного метеорологического поля с помощью показателя р:
р = (п+ - п_)/(п+ + п_), (3)
где п+ — число совпадений по знаку аномалий между сравниваемыми параметрами: аномалий ДЛПЗ^ (} — месяц) и параметров циркуляции (ДТ, Др,
Н500, Н100), и_ — число несовпадений по знаку аномалий между теми же сравниваемыми параметрами. Этот способ оценки отсутствует в действующем Наставлении по прогнозам режима вод суши [8], но принят для оценки долгосрочных прогнозов полей аномалий метеорологических величин [1] и успешно применяется в гидрологических прогнозах ледовых явлений на реках и водохранилищах ([2, 3, 12, 16] и др.).
Значения индекса р рассчитывали для каждой географической точки рассматриваемой сетки 5x10° по широте и долготе соответственно и для каж до го соче та ния ме ся цев. По всем годам на блюде ний учи ты валось совпадение и несовпадение знаков аномалий между значениями АЛПЗ, усредненными по всем станциям в пределах одной зоны за каждый месяц пожароопасного сезона, и метеорологическими величинами в каждом узле выбранной сетки Северного полушария. Например, для зоны 1 АЛПЗ в ап ре ле и АТ с января по апрель значения р рас счи ты вали для следу ю щих сочетаний: (АТ) — (АЛПЗ)™ (АТ)„ — (АЛПЗ)™ (АТ}Ш — (АЛПЗ)™ (АТ)1у — (АЛПЗ)™ Соответственно для АЛПЗ, например, в октябре и АТ с января по июнь значения р рассчитывали для большего числа сочетаний. Таким образом, рассматривали асинхронные связи, т. е. между двумя временными рядами метеорологических величин (в том числе ЛПЗ, значения которых рассчитываются по метеорологическим данным) со сдвигом во времени. Учитывались также синхронные связи для подтверждения существующих зависимостей с нулевой заблаговременностью (например, (АЛПЗ)IV — (АТ)™ ... (АЛПЗ)х — (АТ)х.
Значения матрицы (по р • 100) за каждый месяц сканировались на географическую карту по соответствующим координатам для наглядности изображения значимого метеорологического поля, состоящего из 20—28 точек (узлов). Сис те ма из подо бно го чис ла точек в ме те о роло ги чес ком поле, вероятно, вполне достаточна для получения устойчивых основных естественных колебаний. Затем на географической карте проводили изолинии равных значений для каждого месяца пожароопасного сезона, которые ограничивали значимые
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.