Причины лесных пожаров

Для определения угрозы возникновения лесного пожара был введен термин — пожароопасность, выражаемый его вероятностью.

В вопросе определения степени пожарной опасности одни ученые пошли по пути прогнозирования потенциальной пожарной опасности по изучению влагосодержания слоя основных проводников горения биогеоценоза. Недостаток этой методики состоит в том, что факторы, используемые для прогнозов, являются следствием климатических условий и относятся к косвенно действующим.

Метеорологические условия оказывают решающее значение на пожарную опасность в лесах и относятся к прямо действующим факторам. В основном влияние погодных условий связывают:

• — с метеорологическими условиями, такими как: скорость ветра, температура и влажность воздуха, интенсивность солнечной радиации, осадки, а также их совокупности;
• — с уровнем засухи, представляющим баланс факторов увлажнения и высыхания, вычисляемый с начала пожароопасного сезона и предопределяющий пожарную зрелость участков растительности;
• — с грозовой активностью, при ударах молний в землю, являющихся источниками возгорания леса.

Существующее расхождение данных статистики лесных пожаров и материалов учета лесного фонда зачастую не позволяет достоверно оценить причинно-следственную связь природно-метеорологических факторов и лесных пожаров. Использование современных геоинформационных технологий, базирующихся на спутниковых данных о лесных пожарах, позволило оценить эту связь. Полученные закономерности носят физический характер, что позволяет их применять на территории других областей.

Лесные пожары ежегодно причиняют огромный ущерб окружающей среде. Только прямой ежегодный ущерб от лесных пожаров превышает десятки миллионов рублей, включая потери ценных пород древесины, животных и продуктов побочного пользования лесом, не говоря уже о вреде окружающей среде в виде выброса в атмосферу сажи и парниковых газов, который можно отнести к косвенному ущербу. По расчетам ученых, проанализировавших данные о лесных пожарах в Канаде за 1959 — 1999 гг., в результате пожаров эмиссия углерода составила 27 Мт в год. Распад органики после пожара дает такую же величину эмиссии. По другим данным при горении влажных тропических лесов Бразилии количество углерода, выброшенного в атмосферу в форме различных газов, достигает 69 т/га, а количество СО₂ и СО, выбрасываемого в процессе сгорания, 228 т/га и 15,9 т/га соответственно. Сильное задымление атмосферы из-за лесных пожаров может повлечь прекращение работы водного и воздушного транспорта.

Изучение механизма возникновения и распространения лесных пожаров требует рассмотрения целого ряда взаимосвязанных явлений, что приводит к огромным сложностям при теоретическом и, тем более, экспериментальном подходе. Вследствие этого подавляющая часть работ, написанных в последнее время, имеет теоретический характер и не подтверждается экспериментально. Исследователи дают большие математические и аналитические модели, вычислительные алгоритмы, в которые пытаются включить все факторы. С одной стороны, все факторы включить невозможно, с другой, когда их много, становится неясно, какой эффект создается каким явлением. По-видимому, более продуктивно накладывать каждое новое явление последовательно, пытаясь на каждой стадии тщательно изучить теоретический смысл и сравнить с фактическим материалом.

Условия погоды оказывают решающее значение на пожарную опасность в лесах. В основном влияние условий погоды связывают со следующими факторами:

• — с метеорологическими величинами, такими как: скорость ветра, температура и влажность воздуха, интенсивность солнечной радиации, осадки, а также их совокупность в различном сочетании;
• — с уровнем засухи, представляющем баланс факторов увлажнения и высыхания, который вычисляется с начала пожароопасного периода и предопределяет пожарную зрелость участков растительности;
• — с грозами, которые являются природными источниками возгорания леса.

По мнению Г. А. Мокеева, одним из важнейших факторов, влияющих на легкость воспламенения напочвенного покрова, является температура воздуха. С повышением температуры процесс высыхания горючих материалов напочвенного покрова идет быстрее, что, в наибольшей степени, обусловливает легкость и быстроту воспламенения.

По данным влияние температуры воздуха на развитие пожара происходит за счет вовлечения в зону горения воздуха с различной температурой.

Однако, по мнению ряда авторов, температура воздуха оказывает наибольшее влияние на пожарную опасность в сочетании с другими метеорологическими факторами, такими как низкая влажность воздуха или высокая скорость ветра.

Влияние влажности воздуха на процесс горения можно рассматривать в двух аспектах:

• — изменения концентрации реагирующих веществ;
• — понижение температуры реакции за счет затрат тепла на испарение влаги.

По данным исследования И. М. Ожогина при относительной влажности воздуха 40 — 50%, существует возможность возникновения низового пожара, а при ее снижении до 30% пожарная опасность резко возрастает. При относительной влажности воздуха, равной 20%, низовые пожары переходят в верховые.

Распределение влажности с высотой определяет уровень конденсации в атмосфере и влияет на развитие лесного пожара. Чем выше влажность в пограничном слое атмосферы, тем ниже уровень конденсации и тем при меньших перегревах в дымовом шлейфе произойдет конденсация водяного пара. В пожароопасный период содержание водяного пара в реальной атмосфере может изменяться от 0 до 2% по объему. При этом концентрация кислорода в объеме воздуха изменится менее чем на 0,5%, а в основном изменится концентрация азота.

Влияние ветра на развитие лесного пожара сводится к изменению скорости горения и распространению лесного пожара по площади. Для учета влияния ветра на скорость горения вводят характеристику, отражающую процесс перемешивания зоны реакции с окружающим воздухом. В качестве такой характеристики принимается объем вовлечения воздуха на единицу высоты пламени.

Согласно исследованиям Э. Н. Валендика увеличение скорости ветра в лесу оказывает существенное влияние на развитие процесса горения древесины за счет увеличения концентрации воздуха в зоне пламени. При оценке влияния скорости ветра на распространение лесного пожара необходимо учитывать наклон пламени, который увеличивает радиационный поток к древесине, вовлекаемой в процесс горения, с увеличением площади ее подготовки. В настоящее время нет достаточно точной формулы, учитывающей скорость распространения пожара под действием ветра, но имеется достаточно обширный экспериментальный материал.

Исследования, проведенные Э. Н. Валендиком, изучавшим проникновение и трансформацию ветра в сосняках, говорят, что скорость ветра сильно зависит от расстояния его проникновения в глубину древостоя.

Распределение скорости ветра с высотой оказывает большое влияние на высоту распространения дымовых шлейфов. При слабых ветрах на высотах дымовой шлейф достигает уровня конденсации при значительно меньших перегревах на начальных уровнях. Развитие дымового шлейфа выше уровня конденсации приводит к образованию в нем облака, т. е. появлению дополнительной подъемной силы за счет фазового перехода воды. Данное обстоятельство, при определенных условиях стратификации атмосферы, приводит к резкому усилению развития лесного пожара, а вероятность перехода низового пожара в верховой возрастает. Однако стратификация атмосферы не оказывает непосредственного влияния на процесс горения, а влияет на величину вовлечения воздуха в зону горения. Понижение давления в центральной части дымового шлейфа поддерживается благодаря центростремительному ускорению, которое создается за счет тангенциальной составляющей скорости. Дефицит массы в дымовом шлейфе, при определенных условиях, может не компенсироваться потоком воздуха через его боковую поверхность, что приводит к оттоку воздуха из нижних уровней дымового шлейфа, вплоть до зоны горения, а это обстоятельство приводит к увеличению притока воздуха и, как следствие этого, к усилению развития лесного пожара. Изменение направления ветра у поверхности земли на 90 градусов и более следует считать опасным явлением погоды, так как усиливается развитие горения на флангах лесного пожара, становящихся его фронтом и имеющих большую протяженность.