Задымление является одним из факторов негативного воздействия лесных пожаров на живую природу, включая людей.
Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) совместно с НАСА в рамках программы Объединенной Полярной Спутниковой Системы The Joint Polar Satellite System (JPSS) разработало прогнозную модель HRRR-Smoke, которая оценивает распространение дыма от лесных пожаров с разрешением почти в 4 раза выше, чем у аналогичных моделей (3,2 км на пиксель). После завершения апробации, которая проходила с 2016 по 2021 годы, программное обеспечение предоставлено в Национальный центр прогнозирования окружающей среды. Система получает данные со спутников NOAA-20 и Suomi-NPP, а также со спутников НАСА Terra и Aqua. Основой модели является показатель, «мощность излучения», который показывает количество выделяемого огнем тепла в мегаваттах. Модель использует данные мониторинга скорости ветра, осадков и температуры воздуха и объединяет их с картами растительности. Все эти измерения отображаются на трехмерной сетке, которая простирается почти на 20 км в атмосферу. Данные о количестве производимого дыма, высоте шлейфа и направлении его предполагаемого движения регулярно обновляются. Модель работает круглосуточно и предоставляет прогнозы на 48 часов вперед.
Благодаря модели ученые впервые увидели, как дым от пожаров взаимодействует с бризом и воздушными потоками к востоку от Скалистых гор. До этого истинное влияние дыма было невозможно определить из-за того, что он попадал в ловушку гор, застревая в долинах. Дым, блокирующий поступающую солнечную радиацию, может влиять на скорость ветра и температуру воздуха. Это демонстрирует, как прямое и обратное взаимодействие между химическими и атмосферными моделями может обеспечить более точный прогноз.
Во время лесных пожаров службы быстрого реагирования и авиадиспетчеры полагаются на HRRR-Smoke для определения видимости. Пожарные используют систему, когда решают, где разместить базовые лагери и ресурсы. А после затухания пожара сотрудники Агентства по охране окружающей среды используют систему, чтобы определить, достаточно ли высоко поднялся дым, чтобы иметь возможность добраться до сгоревших участков для очистки от опасных остатков.
Таким образом, модель HRRR-Smoke является первой моделью прогноза погоды в США, которая учитывает влияние дыма на погоду. Она стала жизненно важным ресурсом для пожарных команд, авиадиспетчеров, местных синоптиков и администраций.
Мы поздравляем наших коллег из NOAA с серьезным прорывом в области мониторинга задымления!
Исследования пожарных эмиссий велись и в Советском Союзе (например, в Институте леса им. В.Н. Сукачева, г. Красноярск, и ряде других учреждений). Уже накоплен многолетний опыт исследования процессов горения и природы лесных пожаров в различных регионах Сибири. Разработаны методы моделирования лесных пожаров в контролируемых условиях. Институт леса им. В.Н. Сукачева располагает опорными экспедиционными пунктами в районах Красноярского края. В последние годы к работам подключился и недавно созданный Филиал ФБУ ВНИИЛМ «Центр лесной пирологии» (г. Красноярск).
Полученные данные по сгоранию лесных горючих материалов, поведению лесных пожаров и пожарным эмиссиям могут быть использованы при моделировании задымления от лесных пожаров.
К сожалению, имеющийся опыт проведения экспериментов по моделированию лесных пожаров в лабораторных и естественных условиях не доведен до уровня промышленных систем. Имеющееся отставание от наших зарубежных коллег пока неоспоримо.
Важно также отметить, что космические данные не могут полностью решить задачу мониторинга задымления, в частности, из-за сложности получения достоверных распределений значений концентраций по высотам. Требуется использование комбинированных источников информации (включая прямые наземные наблюдения) в сочетании с математическим моделированием.
В Центре лесной пирологии уже идёт формирование наземной сети датчиков контроля концентрации некоторых веществ для экспериментальной системы мониторинга задымления, которую планируется использовать для исследовательских целей (в том числе для верификации космической информации).
Мы надеемся, что финансирование, необходимое для активизации исследований, будет выделено и лесные пирологи из России займут достойное место в мировом научном сообществе.