1. Введение

Лесной пожар - это пожар в зоне горючей растительности, происходящий в сельской местности. В зависимости от типа растительности, лесной пожар также может быть классифицирован более конкретно как кустарный, лесной, пустынный, лесной, травяной, горный, торфяной, растительный.

Пожары можно охарактеризовать с точки зрения причины возгорания, их физических свойств, наличия горючих материалов и воздействия погоды на огонь. Лесные пожары могут нанести ущерб имуществу и человеческой жизни, хотя природные пожары могут оказывать благотворное влияние на местную растительность, животных и экосистемы, возникшие в результате пожара. Лесной пожар высокой степени опасности создает сложную среду обитания ранних серых лесов (также называемую «естественной лесной средой обитания»), которая часто имеет более высокое видовое богатство и разнообразие, чем необожженный старый лес. Многие виды растений зависят от воздействия огня на рост и размножение. Лесные пожары в экосистемах, где лесные пожары встречаются редко или где пострадала неместная растительность, могут иметь серьезные негативные экологические последствия. Поведение и серьезность лесных пожаров являются результатом сочетания таких факторов, как доступное топливо, физические условия и погода. Анализ исторических метеорологических данных и записей о национальных пожарах в западной части Северной Америки показывает превосходство климата в управлении крупными региональными пожарами в периоды дождей, которые создают существенное топливо или засуху и потепление, которые продлевают благоприятную пожарную погоду.

Стратегии предотвращения, обнаружения и подавления пожаров менялись с годами. Одним из распространенных и недорогих методов является контролируемое горение, преднамеренное зажигание небольших пожаров, чтобы минимизировать количество горючего материала, доступного для потенциального пожара. Растительность можно периодически сжигать, чтобы сохранить высокое видовое разнообразие и ограничить накопление растений и другого мусора, который может служить топливом. Использование лесных пожаров является самой дешевой и наиболее экологически приемлемой политикой для многих лесов. Топливо также может быть удалено путем лесозаготовок, но обработка топлива и его разбавление не влияют на поведение при сильном пожаре в экстремальных погодных условиях. По сообщениям, сам Wildfire является «наиболее эффективным средством уменьшения скорости распространения огня, интенсивности линии огня, длины пламени и тепла на единицу площади». по словам Яна Ван Вагтендонка, биолога на Йеллоустонской полевой станции. Строительные нормы и правила в пожароопасных зонах, как правило, требуют, чтобы конструкции были построены из огнестойких материалов, а защитное пространство поддерживалось путем очистки легковоспламеняющихся материалов на предписанном расстоянии от конструкции.

2. Причины

Существуют три основные естественные причины возгорания:

- сухой климат - молния - извержение вулкана

Наиболее распространенные непосредственные человеческие причины возгорания от пожаров включают поджоги, выброшенные сигареты, дуги линий электропередач (как обнаружено с помощью дугового картографирования) и искры от оборудования. Воспламенение лесных пожаров при контакте с горячими осколками пули также возможно при правильных условиях. Лесные пожары могут также начаться в общинах, испытывающих смещенное возделывание, когда земли быстро очищаются и обрабатываются до тех пор, пока почва не потеряет плодородия, а также не будет разбита и очищена. Лесные массивы, вырубленные лесозаготовками, способствуют преобладанию легковоспламеняющихся трав, а заброшенные лесозаготовительные дороги, заросшие растительностью, могут действовать как пожарные коридоры. Ежегодные пожары на пастбищах в южном Вьетнаме частично связаны с уничтожением лесных районов военными гербицидами, взрывчатыми веществами и механическими операциями по расчистке и сжиганию земли во время войны во Вьетнаме.

Наиболее распространенная причина пожаров варьируется по всему миру. В Канаде и на северо-западе Китая молния действует как основной источник возгорания. В других частях мира участие человека является основным фактором. В Африке, Центральной Америке, Фиджи, Мексике, Новой Зеландии, Южной Америке и Юго-Восточной Азии лесные пожары могут быть связаны с деятельностью человека, такой как сельское хозяйство, животноводство и сжигание земель. В Китае и в Средиземноморском бассейне человеческая небрежность является основной причиной пожаров. В Соединенных Штатах и ​​Австралии источник пожаров можно отнести как к ударам молнии, так и к человеческим действиям (таким как искры машин, выброшенные окурки или поджоги). Пожары в угольных пластах сжигают тысячи людей по всему миру, например, в Огненной Горе, Новый Южный Уэльс; Централия, Пенсильвания; и несколько угольных пожаров в Китае. Они также могут неожиданно вспыхнуть и воспламенить близлежащий горючий материал..

3. Распространение

Распространение лесных пожаров варьируется в зависимости от присутствия горючего материала, его вертикального расположения и содержания влаги, а также погодных условий. Расположение и плотность топлива частично определяются топографией, поскольку форма земли определяет такие факторы, как доступный солнечный свет и вода для роста растений. В целом, типы пожаров обычно можно охарактеризовать по следующим видам топлива:

Наземные пожары питаются подземными корнями, утками и другими захороненными органическими веществами. Этот тип топлива особенно подвержен возгоранию из-за появления пятен. Земные пожары обычно сгорают от тления и могут гореть медленно в течение нескольких дней или месяцев, например, торфяные пожары в Калимантане и Восточной Суматре, Индонезия, которые возникли в результате проекта по созданию рисовых земель, который непреднамеренно осушил и высушил торф. Ползающие или поверхностные пожары подогреваются низменной растительностью на лесной почве, такой как лиственный и древесный мусор, мусор, трава и низменный кустарник. Этот вид пожара часто горит при относительно более низкой температуре, чем при пожаре в короне (менее 400 ° C (752 ° F)), и может распространяться с низкой скоростью, хотя крутые склоны и ветер могут ускорить скорость распространения. Лестничные пожары поглощают материал между низкоуровневой растительностью и навесами деревьев, такими как небольшие деревья, сбитые бревна и лозы. Кудзу, папоротник Старого Света и другие инвазивные растения, растущие на деревьях, также могут способствовать пожарам на лестнице. Корона, навес или воздушные пожары сжигают взвешенный материал на уровне навеса, например высокие деревья, виноградные лозы и мхи. Воспламенение коронного пожара, называемого коронным, зависит от плотности подвешенного материала, высоты навеса, непрерывности навеса, достаточных поверхностных и лестничных пожаров, содержания влаги в растительности и погодных условий во время пожара. Заменяющие стенды пожары, разжигаемые людьми, могут распространяться в дождевом лесу Амазонки, нанося ущерб экосистемам, не особенно подходящим для жары или засушливых условий. такие как высокие деревья, виноградные лозы и мхи. Воспламенение коронного пожара, называемого коронным, зависит от плотности подвешенного материала, высоты навеса, непрерывности навеса, достаточных поверхностных и лестничных пожаров, содержания влаги в растительности и погодных условий во время пожара. Заменяющие стенды пожары, разжигаемые людьми, могут распространяться в дождевом лесу Амазонки, нанося ущерб экосистемам, не особенно подходящим для жары или засушливых условий. такие как высокие деревья, виноградные лозы и мхи. Воспламенение коронного пожара, называемого коронным, зависит от плотности подвешенного материала, высоты навеса, непрерывности навеса, достаточных поверхностных и лестничных пожаров, содержания влаги в растительности и погодных условий во время пожара. Заменяющие стенды пожары, разжигаемые людьми, могут распространяться в дождевом лесу Амазонки, нанося ущерб экосистемам, не особенно подходящим для жары или засушливых условий.

4. Профилактика

Предотвращение пожаров относится к превентивным методам, направленным на снижение риска возникновения пожаров, а также на уменьшение его тяжести и распространения. Методы предотвращения направлены на управление качеством воздуха, поддержание экологического баланса, защиту ресурсов и воздействие на будущие пожары. Противопожарная политика в Северной Америке позволяет естественным образом вызывать пожары, чтобы сохранить свою экологическую роль, при условии, что риски побега в районы с высокой стоимостью уменьшаются. Однако в профилактических мерах должна учитываться роль, которую люди играют в лесных пожарах, поскольку, например, 95% лесных пожаров в Европе связаны с участием человека. Источники вызванного человеком пожара могут включать поджог, случайное возгорание или неконтролируемое использование огня при расчистке земель и в сельском хозяйстве, например, в сельском хозяйстве в Юго-Восточной Азии.

Растительность можно периодически сжигать для поддержания высокого видового разнообразия, а частое сжигание поверхностного топлива ограничивает накопление топлива. Использование лесных пожаров является самой дешевой и наиболее экологически приемлемой политикой для многих лесов. Топливо также может быть удалено путем каротажа, но обработка и разжижение топлива не влияют на поведение при сильном пожаре. Модели с использованием огненного огня часто используются для прогнозирования и сравнения преимуществ различных видов обработки топлива для будущего распространения пожара, но их точность низкая.

Строительные нормы и правила в пожароопасных зонах, как правило, требуют, чтобы конструкции были построены из огнестойких материалов, а защитное пространство поддерживалось путем очистки легковоспламеняющихся материалов на предписанном расстоянии от конструкции. Сообщества на Филиппинах также поддерживают пожарные линии шириной от 5 до 10 метров (16–33 футов) между лесом и их деревней, и патрулируют эти линии в летние месяцы или сезоны сухой погоды. Продолжающееся развитие жилых районов в пожароопасных районах и восстановление разрушенных в результате пожаров сооружений встретили критику. Экологические выгоды от пожара часто игнорируются экономическими и безопасными преимуществами защиты конструкций и жизни людей.

5. Обнаружение

Быстрое и эффективное обнаружение является ключевым фактором в борьбе с лесными пожарами. Усилия по раннему обнаружению были сосредоточены на раннем реагировании, точных результатах как в дневное, так и в ночное время, а также способности определять приоритеты пожарной опасности. В начале 20-го века в Соединенных Штатах использовались пожарные вышки, а о пожарах сообщалось с помощью телефонов, почтовых голубей и гелиографов. Аэрофотосъемка и съемка с использованием мгновенных камер использовались в 1950-х годах, пока в 1960-х годах не было разработано инфракрасное сканирование для обнаружения пожара. Однако анализ и доставка информации часто задерживались из-за ограничений в коммуникационных технологиях. Ранние спутниковые анализы пожара были нарисованы от руки на картах на удаленном объекте и отправлены по почте на ночь руководителю пожарной охраны. Во время пожаров в Йеллоустоне в 1988 году в Уэст-Йеллоустоне.

В настоящее время общественные горячие линии, пожарные вышки в башнях, наземное и воздушное патрулирование могут использоваться в качестве средства раннего обнаружения лесных пожаров. Однако точное наблюдение за человеком может быть ограничено усталостью оператора, временем суток, временем года и географическим положением. Электронные системы приобрели популярность в последние годы как возможное разрешение ошибки оператора. В правительственном отчете о недавнем испытании трех автоматизированных систем обнаружения пожара в камере, однако, был сделан вывод о том, что «... обнаружение системами камер было медленнее и менее надежным, чем обученным наблюдателем-человеком». Эти системы могут быть полуавтоматическими или полностью автоматизированными и использовать системы, основанные на области риска и степени присутствия человека, как предполагает анализ данных ГИС. Комплексный подход нескольких систем может быть использован для объединения спутниковых данных, аэрофотоснимков.

Небольшая зона высокого риска с густой растительностью, сильным присутствием человека или вблизи критической городской зоны может контролироваться с использованием локальной сети датчиков. Системы обнаружения могут включать беспроводные сенсорные сети, которые действуют как автоматизированные погодные системы: обнаружение температуры, влажности и дыма. Они могут быть с батарейным питанием, солнечной батареей или с возможностью перезарядки от дерева: они могут перезаряжать свои системы батарей, используя небольшие электрические токи в растительном материале. Более крупные районы со средним риском могут контролироваться сканирующими вышками, которые включают в себя стационарные камеры и датчики для обнаружения дыма или дополнительных факторов, таких как инфракрасная сигнатура углекислого газа, образующегося в результате пожаров. Дополнительные функции, такие как ночное видение, обнаружение яркости и обнаружение изменения цвета, также могут быть включены в матрицы датчиков.

Спутниковый и воздушный мониторинг с использованием самолетов, вертолетов или беспилотников может обеспечить более широкий обзор и может быть достаточным для мониторинга очень больших зон с низким уровнем риска. Эти более сложные системы используют GPS и установленные на самолете инфракрасные камеры или камеры с высоким разрешением для обнаружения и нацеливания на лесные пожары. Смонтированные на спутнике датчики, такие как усовершенствованный сканирующий радиометр Envisat вдоль трассы и европейский сканирующий радиометр со спутником дистанционного зондирования, могут измерять инфракрасное излучение, излучаемое пожарами, выявляя горячие точки, превышающие 39 ° C (102 ° F). Система картирования опасностей Национального управления океанических и атмосферных исследований объединяет данные дистанционного зондирования из спутниковых источников, таких как геостационарный эксплуатационный спутник окружающей среды (GOES), спектрорадиометр для получения изображений с умеренным разрешением (MODIS), и усовершенствованный радиометр очень высокого разрешения (AVHRR) для обнаружения мест пожара и дыма. Однако спутниковое обнаружение подвержено ошибкам смещения: от 2 до 3 километров (от 1 до 2 миль) для данных MODIS и AVHRR и до 12 километров (7,5 миль) для данных GOES. Спутники на геостационарных орбитах могут стать отключенными, а спутники на полярных орбитах часто ограничены коротким периодом наблюдения. Облачный покров и разрешение изображения также могут ограничивать эффективность спутниковых снимков. и спутники на полярных орбитах часто ограничены их коротким окном времени наблюдения. Облачный покров и разрешение изображения также могут ограничивать эффективность спутниковых снимков. и спутники на полярных орбитах часто ограничены их коротким окном времени наблюдения. Облачный покров и разрешение изображения также могут ограничивать эффективность спутниковых снимков.

В 2015 году в Лесной службе Министерства сельского хозяйства США (USFS) действует новый инструмент обнаружения пожара, который использует данные со спутника Национального полярно-орбитального партнерства (АЭС) Суоми для более детального обнаружения небольших пожаров, чем в предыдущем космическом пространстве. на основе продуктов. Данные с высоким разрешением используются с компьютерной моделью, чтобы предсказать, как пожар изменит направление в зависимости от погодных и земных условий. Активный продукт обнаружения пожара с использованием данных из набора видимых инфракрасных радиометров (VIIRS) АЭС Суоми повышает разрешение наблюдений за пожарами до 1230 футов (375 метров). Предыдущие спутниковые данные НАСА, доступные с начала 2000-х годов, наблюдали пожары с разрешением 3280 футов (1 километр). Эти данные являются одним из инструментов разведки, которые используются военными ведомствами USFS и Министерства внутренних дел США для распределения ресурсов и принятия стратегических решений по управлению пожарами. Усовершенствованный пожарный продукт VIIRS позволяет каждые 12 часов или менее обнаруживать гораздо меньшие пожары и обеспечивает более детальное и последовательное отслеживание линий пожара во время продолжительных пожаров - возможности, критически важные для систем раннего оповещения и поддержки рутинного картирования развития пожара. Места активного пожара доступны пользователям в течение нескольких минут от путепровода со спутника через средства обработки данных в Центре приложений дистанционного зондирования USFS, в котором используются технологии, разработанные Лабораторией прямого считывания Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Модель использует данные о погодных условиях и землях, окружающих активный пожар, чтобы за 12–18 часов заранее предсказать, изменит ли пламя направление. Штат Колорадо решил включить модель погодных условий в свои противопожарные мероприятия, начиная с сезона пожаров 2016 года.

В 2014 году в Южно-Африканском национальном парке Крюгера была организована международная кампания по проверке продуктов обнаружения пожара, включая новые активные данные пожара VIIRS. В преддверии этой кампании Институт Мераки Совета по научным и промышленным исследованиям в Претории, Южная Африка, который первым применил огненный продукт VIIRS 375 м, применил его во время нескольких крупных лесных пожаров в Крюгере.

В последние годы возросла потребность в своевременной и качественной пожарной информации. Пожары в Соединенных Штатах ежегодно сжигают в среднем 7 миллионов акров земли. В течение последних 10 лет USFS и Министерство внутренних дел тратили в среднем около 2–4 миллиардов долларов в год на борьбу с пожарами.

6. Моделирование

Моделирование лесных пожаров связано с численным моделированием лесных пожаров с целью понимания и прогнозирования поведения пожаров. Моделирование лесных пожаров направлено на подавление лесных пожаров, повышение безопасности пожарных и населения и минимизацию ущерба. Используя вычислительную науку, моделирование лесного пожара включает статистический анализ прошлых пожаров, чтобы предсказать риски и поведение фронта. В прошлом были предложены различные модели распространения лесных пожаров, в том числе простые эллипсы и яйцевидные и веерообразные модели. Ранние попытки определить поведение лесных пожаров предполагали однородность ландшафта и растительности. Тем не менее, точное поведение фронта лесного пожара зависит от множества факторов, включая скорость ветра и крутизну склона. Современные модели роста используют комбинацию прошлых эллипсоидальных описаний и Гюйгенса. Принцип симуляции роста огня как непрерывно расширяющегося многоугольника. Теория экстремальных значений также может быть использована для прогнозирования размеров крупных лесных пожаров. Тем не менее, крупные пожары, которые превышают возможности подавления, часто рассматриваются как статистические выбросы в стандартном анализе, даже если на политику пожаров больше влияют крупные пожары, чем небольшие пожары.