Версия для печати
Вернуться к списку

УЧЕНЫЕ НА СТРАЖЕ ЛЕСА

По данным Федерального бюджетного учреждения «Центральная база авиационной охраны лесов “Авиалесоохрана”» за 2019 года огонь прошел более 8 млн га леса в регионах Сибири и Якутии. В Томском политехническом университете уже несколько лет идут разработки систем для прогнозирования очагов возгорания, чтобы не допустить большой пожар.

Один из проектов (РФФИ 16-41-700831) связан с исследованием грозовой активности, которая является одним из основных факторов лесных пожаров. Молнии делятся на два вида: внутриоблачные и облако — земля.

Пожароопасность представляют только последние, потому что они доходят до поверхности. Грозовой разряд ударяет в дерево, электрический ток проникает в подкорковый слой, где содержится влага, и происходит тепловыделение по закону Джоуля — Ленца. Это может привести к воспламенению ствола и выпадению фрагментов горящей древесины. Если при таких условиях нет дождя, то существует большая вероятность низового пожара. Однако специалисты отмечают, что даже при наличии дождя очаг возгорания может находиться в режиме тления, а когда всё подсохнет, перейти в режим пламенного горения. Также пожары делятся на три вида: подземный (торфяной), верховой и низовой. Низовые пожары самые распространенные и служат причиной возникновения верховых пожаров.

Разработка системы мониторинга лесных пожаров, связанных с грозовой активностью, шла на протяжении трех лет и сейчас находится на этапе перехода от фундаментальных исследований к прикладным разработкам. За это время было сделано многое. Ученые ТПУ провели эксперименты по зажиганию лесных горючих материалов нагретыми частицами и определили время, за которое может возникнуть возгорание, построили математические модели того, как распространяются горящие частицы. Все результаты были подтверждены опытным путем. Эти модели легли в основу единой геоинформационной системы, где отмечены возможные очаги возгорания. Пока это карта только по Тимирязевскому лесничеству Томской области, но начало уже положено.

Наши коллеги из Горно-Алтайского государственного университета предоставляют нам результаты со станции приема грозовых разрядов, и, зная место удара и силу тока, мы можем заложить эти параметры в математические модели и рассчитать вероятность возникновения лесного пожара. Если она близка к единице, то нужно начинать контролировать это место: посмотреть спутниковые данные по этой территории, есть ли там термальные аномалии (например, через прибор MODIS спутников Terra/Aqua), либо использовать аэрофотосъемку. Вблизи населенных пунктов могут быть задействованы службы охраны лесов от пожаров. Тем не менее участок сразу попадает под пристальное внимание, чтобы не допустить возгорания», — раскрывает детали доцент Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ кандидат физико-математических наук Николай Викторович Барановский.

В результате были разработаны различные прототипы геоинформационной системы, один из них построен с использованием программного обеспечения ArcGIS, также создано приложение в системе RAD Studio, а визуализация конечного продукта — в программе Origin Pro. В проекте принимали участие специалисты из Томска, Горно-Алтайска, Санкт-Петербурга.

Еще одним проектом ТПУ являются работы (РФФИ 17-29-05093), связанные с антропогенным фактором. Исследования ведутся, исходя из видов источников человеческой активности: линейный (железные и автомобильные дороги, русла реки), точечный (сельские населенные пункты, базы отдыха), площадной (крупные населенные пункты или промышленные объекты).

Человеческое вмешательство непредсказуемо, поэтому нужно учесть большее количество факторов. Уже построены одномерные и двумерные модели с первыми данными. Значение имеет тип растительности на территории возгорания — почти стопроцентно загорится хвойный лес, с большой вероятностью — смешанный, маловероятно — лиственный. Самую большую опасность представляют старые хвойные леса, таким участкам нужно особое внимание. В проекте принимали участие специалисты из Томска, Горно-Алтайска, Улан-Удэ, Санкт-Петербурга.

«Теперь в планах — переход к прикладным разработкам. Когда мы занимались исследованиями грозовой активности по Томской области, с нами встретились работники Департамента лесного хозяйства области, они заинтересовались результатами, обещали предоставить данные пожарной статистики и описание леса по Томской области. Если такая информация у нас будет, то мы сможем сделать более масштабную работу. Также в будущем хотим объединить обе системы — по грозовой и антропогенной активности, чтобы получить единую карту. Есть планы и в сфере фундаментальных исследований — на основе наших данных выявить характеристики и разработать новую систему классификации лесных горючих материалов. Конечно, в идеале мы стремимся иметь возможность оценки экологических последствий с учетом размера очага возгорания», — подводит итог Николай Барановский.