ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
Крючков И.И. (БрГТУ, г Братск, РФ)
The integrated system of monitoring of forest fires as set of ground, aviation and space means and methods of tracking a condition of woods, is considered by conditions and processes of occurrence and development of forest fires, scales of their influence as the adaptive system of protection of a wood integral components.
Активная борьба с огнем длительное время сопровождалась постепенным увеличением ассигнований на охрану лесов и ресурсы лесопожарных служб, механическое наращивание которых не давало статистически значимого сокращения горимости лесов. Значительное сокращение ассигнований на охрану лесов в последние годы, вызванное кризисным состоянием экономики, привело к заметному ослаблению лесопожарной службы, особенно авиационной, однако, по данным лесопожарной статистики, никак не отразилось на размерах причиняемого огнем ущерба.
Эффективная борьба с огнем и управление лесными пожарами в условиях резкого варьирования горимости лесов по регионам и периодам пожароопасного сезона возможны только при наличии гибкой системы охраны леса, способной за счет регулирования своей структуры, параметров и режимов работы адаптироваться к непрерывно изменяющейся лесопожарной обстановке. Одной из обязательных компонент адаптивной системы охраны леса должна быть развитая подсистема мониторинга лесных пожаров, обеспечивающая оценку и прогнозирование условий функционирования лесопожарных служб, обнаружение и слежение за пожарами, оценку масштабов воздействия огня на лесные экосистемы.
Существующая система обнаружения и слежения за лесными пожарами базируется на использовании наземных и воздушных средств и методов наблюдения, охватывающих только активно охраняемую территорию лесного фонда. Высокая горимость неохраняемых территорий, на долю которых приходится около 45 % общей площади гарей и погибших насаждений, а также уязвимость лесных экосистем северных регионов Сибири и Дальнего Востока, свидетельствуют о необходимости мониторинга лесных пожаров на всей территории страны.
Снижение кратности авиационного патрулирования лесов в 3 — 4 раза за последние 7 — 9 лет, вызванное сокращением бюджетных ассигнований на борьбу с огнем, привело к существенному снижению оперативности обнаружения и слежения за лесными пожарами. Это проявилось не только в уменьшении числа обнаруживаемых авиацией пожаров (с 80 до 30 % от общего числа возникших очагов), но и в увеличении средней площади пожара при обнаружении с 1 до 3,5 га.
Наличие неконтролируемых территорий и существенное снижение оперативности обнаружения и слежения за лесными пожарами на контролируемых территориях лесного фонда обусловливают необходимость формирования интегрированной системы мониторинга лесных пожаров, включающей наземные, авиационные, космические средства и методы наблюдений. Космические средства и методы следует рассматривать при этом не как альтернативу, а как полезное дополнение к наземным и воздушным средствам и методам наблюдения.
Обнаружительная способность космических средств и методов определяется двумя моментами: периодичностью наблюдения и вероятностью детектирования мелких очагов горения. При идеальном детектировании таких очагов и оптимальном графике наблюдений средняя длительность распространения пожара до обнаружения определяется соотношением
tm=(1,04)m-1t1m-1,
где m — периодичность наблюдения, 1<m<9; tm и t1 — математическое ожидание времени распространения пожара до обнаружения при периодичности наблюдения соответственно m раз и один раз в сутки. При одноразовом патрулировании математическое ожидание времени распространения пожара до обнаружения составляет от 4,5 до 6,1 ч.
Это означает, что при периодичности наблюдения до 4 — 5 раз в сутки среднее время распространения пожара до обнаружения идеальным детектором будет измеряться часами.
Вероятность регистрации очага горения реальным детектором определяется его чувствительностью, интенсивностью теплового излучения, а также атмосферными условиями в период наблюдения.
Наиболее пригодными для оперативного слежения за действующими лесными пожарами в настоящее время являются спутники серии NОАА, оснащенные радиометром АVНRR с километровым разрешением, работающим в видимом и ИК-диапазонах электромагнитного спектра. Основные достоинства спутников этой серии — высокая (не менее 4 раз в сутки) периодичность осмотра всей территории лесного фонда, наличие развитой сети приемных станций и открытость передаваемой информации. Существенным ограничением является малая вероятность детектирования пожаров в начальной их стадии, обусловленная низким пространственным разрешением и маскирующим влиянием облачности. Даже при безоблачной и малооблачной погоде в наиболее благоприятные для обнаружения пожаров дневные часы вероятность распознавания очагов горения площадью до 10 Га с помощью существующих алгоритмов детектирования не превышает 0,5.
Интегрированная система мониторинга лесных пожаров как совокупность наземных, авиационных и космических средств и методов слежения за пирологическим состоянием лесов, условиями и процессами возникновения и развития лесных пожаров, масштабами их воздействия на лесные экосистемы рассматривается в качестве неотъемлемой компоненты адаптивной системы охраны леса. Ее организационная и функциональная структура должна соответствовать трехуровневой структуре управления лесным хозяйством (федеральный, региональный и локальный) и наличию двух типов лесопожарных служб - авиационной и наземной.
Наземные и авиационные средства наблюдения находятся непосредственно в структуре системы охраны леса, а космические представляют собой внешние по отношению к этой системе источники информации о лесных пожарах. Поэтому формирование интегрированной системы мониторинга лесных пожаров рассматривается как процесс создания в структурах государственных органов управления лесным хозяйством компьютерных систем сбора, хранения и обработки данных наземных, воздушных и космических наблюдений, их анализа и интерпретации с целью информационной поддержки управленческих решений, принимаемых на федеральном, региональном и локальном уровнях.
Результаты сопряженной обработки поступающей информации включают:
ежедневные отчеты о возникших и действующих лесных пожарах, ходе работ по их тушению в соответствии с ведомственными стандартами;
карты горимости лесов и очагов крупных лесных пожаров;
карты текущей и прогнозируемой по погодным условиям пожарной опасности в лесу;
спутниковые изображения территории лесного фонда и районов действия крупных лесных пожаров.
Карты горимости лесов отражают количество возникших и действующих пожаров по субъектам Российской Федерации на каждый день пожароопасного сезона, увеличение их площади, а также координаты и размеры очагов крупных лесных пожаров. Карты текущей и прогнозной пожарной опасности содержат сведения о содержании влаги в лесных горючих материалах в зоне действия каждой метеостанции на текущий и последующие дни. Спутниковые изображения характеризуют синоптическую ситуацию в регионах, а также лесопожарную ситуацию в районах с чрезвычайной пожарной опасностью и горимостью лесов
К числу наиболее актуальных направлений использования данных дистанционного зондирования для решения задач идентификации и прогнозирования лесопожарной обстановки относится выделение зон выпадения осадков и очагов интенсивной грозовой деятельности. Редкая сеть наземных метеостанций в большинстве регионов Сибири и Дальнего Востока исключает возможность корректного построения полей осадков по данным наземных измерений и обусловливает значительные погрешности в оценке текущей пожарной опасности в лесах. Сопряженная обработка точечных измерений осадков на метеостанциях, данных дистанционного зондирования облачного покрова и радиояркостных температур свободной от облаков подстилающей поверхности открывает новые возможности для более полного учета влияния осадков на содержание влаги в лесных горючих материалах.
Важная задача — выявление потенциальных зон массового возникновения пожаров от молний. Существенной особенностью таких пожаров является высокая степень их пространственной концентрации. Она приводит к тому, что лесопожарные службы, как правило, не в состоянии справиться с количеством одновременно возникающих и действующих пожаров на территории соответствующих структурных подразделений системы охраны леса. Сопряженная обработка карт текущей пожарной опасности в лесу, спутниковых изображений и данных специализированных систем грозопеленгации позволит обеспечить более оперативное и точное выявление районов массовых вспышек от молний, приводящих к пиковым нагрузкам в системе охраны леса и выходу пожаров из-под контроля.
Организация взаимодействия региональных ГИС мониторинга лесных пожаров (МЛП) с пользователями и ГИС МЛП федерального уровня может быть решена путем формирования в ряде регионов специализированных Web-серверов и включением их в глобальную сеть INTERNET. Быстрое развитие этой системы, а также сети приемных станций спутниковой информации существенно расширяет возможности такого, взаимодействия. Планируемые запуски новых отечественных и зарубежных спутников типа РЕСУРС-01 № 4, SPOT4/MIR, MODIS, оснащенных более совершенным оборудованием дистанционного зондирования, дают основания полагать, что космические средства и методы наблюдений в обозримом будущем займут достойное место в системе мониторинга лесных пожаров.