Исследование характеристик пожаров в лесах Сибири по материалам дистанционного мониторинга, наземного обследования и численного моделирования

Изучение, понимание и прогнозирование пожарных режимов отдельных регионов Сибири требует использования объективных средств контроля, материалов долговременного мониторинга, широкого набора атрибутивной информации о пожарах, фиксируемых в различных условиях. При современных масштабах пожарных процессов такие результаты могут быть получены только на основе долговременных спутниковых наблюдений.
Работа выполнялась с привлечением базы данных 20-летнего спутникового мониторинга (1996–2017 гг.), материалов наземных обследований разновозрастных послепожарных участков в лиственничниках Эвенкии (стационар, п. Тура) и в сосняках Приенисейской Сибири (стационар Zotto, п. Зотино), а также на основе анализа результатов математического моделирования.
Адаптированы методики обработки дистанционных данных для анализа характеристик энергетических параметров (по методике Fire Radiative Power – FRP) активных зон пожара, применительно к условиям горения в светлохвойных лесах Сибири. Исследована связь между дистанционно регистрируемой мощностью теплоизлучения от зоны активного горения, внешними условиями (длительность и интенсивность периода сушки, показатель влагосодержания ПВ-1) и преобладающими древостоем и «модельными типами» сочетаний основных проводников горения на примере выборки пожаров в зоне северной и средней тайги, в лесостепной зоне Сибири. Определены пределы вариации мощности теплоизлучения в зависимости от запасов горючих материалов, степени прогорания при заданных условиях, а также от параметров пожара (скорость распространения, приращения площади, интенсивность).
На основе численного моделирования модельного пожара методами вычислительной гидродинамики был проведен анализ связи FPR (мощность потока излучения от нагретой поверхности) и интегральной мощности низового пожара. Для модельного пожара в заданном диапазоне изменялись теплофизические свойства растительных горючих материалов и тактические характеристики протекания пожара (удельная скорость выгорания 0,01-0,1 кг/(кв.м с), скорость распространения фронта пламени 0,01-0,1 м/с). Показано, что доля FPR от интегральной мощности пожара может составлять величину порядка 15% и варьирует (10–30%) как в зависимости от сценария протекания пожара, так и от условий дистанционной съемки.
Результаты дистанционного мониторинга энергетических характеристик пожара необходимы для построения адаптированных алгоритмов прогнозирования динамики пожаров и оценок эмиссий углерода при пожарах переменной интенсивности. Полигоны пожаров, классифицированные по интенсивности горения, после реализации соответствующих моделей дополняются инструментально фиксируемыми коэффициентами полноты сгорания (b), соответствующими различным стадиям развития пожара. Обобщение спутниковых материалов на всю территорию Сибири позволит осуществить переход к уточненным оценкам пожарных эмиссий.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности, проект №17-41-240475.