Построение карт распределения показателей пожарной опасности растительности (на примере Среднего Приамурья)

УДК 91

ПОСТРОЕНИЕ КАРТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

В.А. Глаголев, P.M. Коган Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, г. Биробиджан

Для оценки и прогнозирования пожарной опасности (ПО) разработана методика построения карт распределения показателей ПО различной заблаговременности на примере Среднего Приамурья, включающая выбор критериев оценки и создание схем кратко- и долгосрочного прогноза показателей ПО, выбор метода интерполяции показателей для экспорта в географическую среду.

Характер растительности, огромные запасы лесных горючих материалов и, в первую очередь, погодно-климатические факторы предопределяют особые условия Среднего Приамурья, способствующие повышенной пожарной опасности (ПО). Так, для территории Хабаровского края и Еврейской автономной области (ЕАО) характерны высокая горимость лесов и значительные площади, подвергающиеся пожарам в пожароопасный сезон. Величина экономического и экологического ущерба, наносимого природным экосистемам и лесному хозяйству, требует разработки эффективных методик оценки и прогноза ПО для оптимизации противопожарного мониторинга.

В традиционной системе лесопожарного мониторинга ПО оценивается опосредовано по измерениям метеорологических параметров прилежащего слоя воздуха в отдельных точках, в основном на метеостанциях. Однако сеть метеостанций во многих районах РФ недостаточна для оценки и прогнозирования динамики ПО на всей территории. Поэтому целью данной работы является создание методики построения карт распределения показателей ПО различной заблаговременности на примере Среднего Приамурья. Для этого необходимо решение следующих задач: выбор критериев оценки и разработка схем кратко- и долгосрочного прогноза показателей ПО для данного региона, расчет показателей ПО различной заблаговременности, импорт координат метеостанций и показателей в программную среду Surfer, выбор метода интерполяции показателей и экспорт полученной карты в ГИС.

Для проведения исследования разработана структура и создан банк метеорологических данных (БМД) по метеостанциям Среднего Приамурья за вторую полови-

ну 20 столетия и использованы методы математической статистики, системного анализа и проектирования информационных систем.

Выбор критериев оценки ПО произведен на основе анализа методик расчета используемого в России лесо-пожарнош показателя засухи (ЛПЗ). Все виды ЛПЗ включают в себя основание, которое учитывает факторы высыхания растительных горючих материалов (температуру I. дефицит влажности воздуха с1. температуру точки росы х и т.д.) в различных наборах и сочетаниях и поправочные коэффициенты на увлажняющий фактор - количество осадков.

Уравнение для расчета ЛПЗ выведено на основании исследования зависимости различных видов ЛПЗ от дневной температуры воздуха по данным 12 метеостанций Среднего Приамурья, выбор расчетного уравнения произведен по величине коэффициента детерминации. Показатели (ПЗ) и классы засухи (КЗ) определены по известным методикам [5].

Для краткосрочного прогноза использованы корреляционные зависимости ЛПЗ от фактической температуры воздуха «сухих» дней [1]. Коэффициенты детерминации имели наибольшие значение при применении основания В.Г. Нестерова [4] и использовании полино-минального тренда второй степени, остальные тренды считались удовлетворительными (табл. 1).

Автоматизированный расчет ПЗ и КЗ и краткосрочные прогнозы выполнялись согласно методическим указаниям [2] с учетом синоптической градации осадков, принятой Наставлением по службе прогнозов [3]. В ходе исследования появилась необходимость в составлении более подробной таблицы формализации синоптических терминов интенсивности выпадения осадков (табл. 2).

Таблица 1

Коэффициенты детерминации трендов I = f

Месяц/тренд Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь

Линейный 0,842 0,826 0,693 0,691 0,545 0,518 0,876

Полиномиальный 0,899 0,835 0,696 0,694 0,545 0,52 0,883

Изменение ЛПЗ в зависимости от интенсивности выпадения осадков

Таблица 2

Синоптический термин интенсивности осадков Формализация интенсивности осадков, INT Расчет ЛПЗ в зависимости от INT

Без осадков, сухая погода 1 ЛЩ=ПЗ+ ЛПЗ-

Преимущественно без осадков, небольшие дожди, небольшой кратковременный дождь 2 ЛЩ=ПЗ+ ЛПЗ/

Дождь, осадки, моросящий дождь, дождливая погода 3 ЛЩ=ПЗ+ ЛПЗ//2

Местами дожди, кратковременные дожди, местами кратковременные дожди 4 ЛПЗ;=ПЗ+ ЛПЗ; ЛПЗі=ЛПЗі если INTi_i=4 и INTi_2=4

Временами дожди 5 ЛЩ=ПЗ+ ЛПЗ,' ЛПЗ^ЛПЗі если ШТИ=5 и МТ_2=5 ЛПЗ^ЛПЗі если ШТ^рб

Значительный дождь, сильный дождь, очень сильный дождь, очень сильные осадки, дождь временами сильный 6 лпз^лщ’

Примечание: МТ. 1 - прогнозируемая интенсивность осадков на 1-ый день, 2 и 3 предыдущие дни, ЛПЗ’. - прогнозируемой значение на 1 день

Краткосрочные прогнозы, рассчитанные по двум метеорологическим элементам (усредненная дневная температура воздуха, синоптический термин осадков) и оперативным данным текущего дня, позволяют оценить фактическую пожароопасную обстановку и дать прогноз ожидаемого изменения ПО на следующие 1-3 дня. По мере поступления оперативных данных производится перерасчет показателей ПО с заменой прогностических метеорологических элементов на фактические. В результате получен скользящий ежедневный автоматизированный выпуск кратко- и долгосрочных прогнозов в течение всего пожароопасного сезона (рис. 1).

Если в предлагаемой схеме (рис. 1) заменить прогностические значения / и х на средние многолетние либо на текущие по принципу с «сегодня на завтра», то можно получить климатологический и инерционный прогнозы. При их составлении показатели ПО первых трех дней рассчитываются по прогнозу погоды общего пользования, далее - с учетом климата или инерции. Основа инерционных прогнозов заключается в том, что, зная значения метеорологических данных в день составления прогноза, их фактические изменения по сравнению с предшествующим днем и предполагая, что подобные изме-

нения сохранятся по инерции еще один-три дня, можно рассчитать соответствующий прогноз показателей ПО.

По разработанной методике составлены проверочные кратко и долгосрочные прогнозы в течение ПО сезона 2004 г. на Среднем Приамурье. За фактическую ПО, по которой оценивалась достоверность прогноза, принимались значения ЛПЗ, рассчитанные по фактическим метеоданным по уравнению В. Нестерова. В табл. 3 приведен пример оценки достоверности прогноза по данным метеостанции «Биробиджан». Полученные результаты позволяют считать разработанную методику удовлетворительной, поскольку она позволяет проводить прогноз классов ПО на различные временные интервалы с вероятностью 60-90 %.

Для построения карт территориального распределения классов засухи (КЗ) произведен расчет показателей ПО различной заблаговременности, их импорт вместе с координатами метеостанций в программную среду Surfer, интерполяция КЗ по методу Криге (Kriging), полученные карты импортированы в формат обмена (MIF) Maplnfo Professional 8.5 [6].

На рис. 2 приведены карты прогнозируемого распределения классов ПО на территории Среднего Приаму-

Таблица 3

Оценка методики автоматизированного кратко- (на 1-3 дня) и долгосрочного прогноза пожарной опасности по метеостанции «Биробиджан»

Вид прогноза Вероятность оправдываемости прогноза, %

Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь

Кратко- срочный 79 64 75 61 67 60 70

81 45 70 65 64 65 57

76 43 65 67 70 46 55

Климато- логический 63 59 58 44 52 63 63

67 60 48 43 52 65 63

69 56 43 43 50 63 58

Инерцион- ный 38 33 40 36 38 28 27

40 55 68 77 86 50 56

39 52 63 77 85 48 53

Рис. 1. Схема кратко- и долгосрочного прогноза показателей ПО: \ - прогнозируемые; ф -фактические величины

рья 27 апреля 2004 г. Как видно из данных, приведенных на рис. 2, пожары растительности в этот период преобладали на территории с 3 классом ПО.

Таким образом, разработанная методика позволяет составлять карты фактического и прогнозируемого распределения классов ПО в определенные периоды пожароопасного сезона для оперативного принятия решения

лесоохранными организациями и службами по организации противопожарного мониторинга.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта ДВО РАНЖе Об-ОНЗ-116 «Социально-экономические и природные факторы возникновения и развития пожаров растительности на юге Дальнего Востока».

Рис. 2. Карты прогнозируемого распределения классов пожарной опасности на территории Среднего Приамурья 27апреля 2004г.

Примечание:

- 2 класс,

3 класс,

4 класс, + - метеостанция, ♦- пожары растительности

ЛИТЕРАТУРА:

1. Глаголев В.A., Коган P.M., Соколова Г.В. Методика автоматизированного прогноза пожарной опасности Приамурья и оценка ее эффективности // Гидрология и метрология. 2006. № 12. С. 45-53.

2. Методические указания по прогнозированию пожарной опасности в лесах по условиям погоды / Сост. А. Л. Кац, В.А. Гусев, Т. А. Шабунина. М.: ГМЦ СССР, 1975. 58 с.

3. Наставление по службе прогнозов. Разд. 2. Служба метеорологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. Ч. 3-5. 157 с.

4. Нестеров В.Г. Горимость леса и методы ее определения Л: Гидрометеоиздат, 1949. 76 с.

5. Софронов М.А., Волокитина A.B. Пирологическое районирование в таежной зоне. Новосибирск: Наука, 1990. 203 с.

6. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 288 с.

To estimate and make the fire danger (FD) prognosis at the early stages there has been worked out the technique for producing the indicators cards of FD distribution in various periods of time, by the example of the Middle Amur Region. This includes a choice of the estimation criteria and elaborating short- and long-term FD parameters forecast schemes, as well as a choice of the parameters interpolation method to be exported into the geographical environment.