Исследование
Вопросы и ответы: Причины, распространение и решения кризиса лесных пожаров в Калифорнии
16 января 2025 года
УНИВЕРСИТЕТ ПАРК, Пенсильвания — Поскольку лесные пожары неустанно охватывают южную Калифорнию и другие части мира, Манчжу Ю, ассистент-профессор географии в Пенсильванском государственном университете, предложила свои взгляды на текущий кризис в Лос-Анджелесе. Ее экспертиза охватывает атмосферное моделирование, экологическую аналитику, большие данные и облачные вычисления — области, которые тесно связаны с поведением лесных пожаров, прогнозированием дыма и анализом воздействия.
В: Можете ли вы объяснить основные факторы, способствующие увеличению частоты и интенсивности лесных пожаров в Калифорнии в последнее время?
Ю: Один из самых значительных факторов — это изменение климата. Более теплые температуры, уменьшение осадков или изменение сезона дождей и более длительные сезоны пожаров высушили ландшафты Калифорнии, увеличив потенциальную возможность возгорания и быстрое распространение огня. Продолжительные периоды засухи усугубляют ситуацию. Сухая растительность готова загореться от малейшей искры. Эти изменения привели к тому, что средняя ежегодная площадь, сожженная в 2020-2023 годах, в три раза превышает показатели 2010-х годов.
Хотя некоторые пожары обусловлены топливом из-за столетнего подавления пожаров и изменений в управлении землей, другие доминируют под воздействием ветра, особенно на юге Калифорнии, как это произошло с недавними лесными пожарами в Лос-Анджелесе. Ветра, такие как Санта-Ана и Диабло, действуют как ускорители лесных пожаров. Эти сильные, сухие порывы разгоняют пламя на большие расстояния, распространяя огонь с тревожной скоростью. В сочетании с уже сухими условиями эти ветра делают контроль за лесными пожарами исключительно сложным.
Растущее население Калифорнии расширилось в границы городской черты — области, где человеческое развитие встречается с природными ландшафтами, — сейчас 12,7% населения штата проживает в высокоразвивающихся переписных участках вдоль границы городской черты. Это увеличивает шансы на возгорание от человеческой деятельности, такой как неисправные линии электропередач, автомобили и даже костры. Это также повышает ставки, так как больше домов и жизней под угрозой.
В: Каковы различные фазы лесного пожара и какие трудности связаны с каждой из них?
Ю: Распространение лесных пожаров включает фазы возгорания, активного распространения, полного развития и распада. Во время фазы возгорания лесные пожары могут быть вызваны естественными причинами, такими как молния, или человеческой деятельностью, например, неисправностями линий электропередач или кострами. Около 84% лесных пожаров в Соединенных Штатах вызваны человеческой деятельностью. Раннее обнаружение возгорания было бы самым критическим, но сложным для минимизации воздействия пожара.
Фаза активного распространения — это когда огонь начинает быстро расти, движимый сухой растительностью, сильными ветрами и рельефом. Пожары в Калифорнии были обнаружены, чтобы распространяться до 14 раз быстрее при сильных ветрах, таких как ветры Санта-Ана, которые усугубляют интенсивность и движение огня. Сильные ветры не только ускоряют распространение огня, но также переносят угли и огненные брошюры на большие расстояния, зажигая новые очаги далеко впереди основного пожара. Это особенно актуально для текущих лесных пожаров в Лос-Анджелесе. Эти летающие угли могут пролетать до мили или более, что затрудняет прогнозирование и сдерживание продвижения огня. Пожаротушение и координация ресурсов в этой фазе вызывает трудности, так как сильные ветры могут помешать развертыванию воздушных ресурсов, таких как вертолеты, сбрасывающие воду, и самолеты для борьбы с пожарами.
На стадии полного развития огонь достигает максимальной интенсивности, поглощая значительное количество топлива и агрессивно распространяясь. Экстремальная жара от лесных пожаров может создавать пирокумулюминусовые облака, которые могут разжигать новые пожары на расстоянии в мили. Эти облака могут усугубить распространение огня, создавая непредсказуемые ветры и даже разжигая новые пожары через молнии.
На стадии распада интенсивность пожара уменьшается, когда он исчерпывает топливо или находится под контролем. Однако оставшиеся горячие точки могут вновь загореться при благоприятных условиях. Тлеющие пожары в слоях лесного торфа могут длиться месяцами и возобновляться в сухих условиях.
В: Как только лесной пожар начинается, какие ключевые факторы определяют, насколько быстро и в каком направлении он распространяется?
Ю: Ветер является основным двигателем распространения лесного пожара, так как ветер толкает пламя вперед, снабжает кислородом и переносит угли, или огненные брошюры, которые зажигают новые очаги далеко впереди. Сильные ветры, такие как ветры Санта-Ана в Калифорнии, могут резко ускорять рост огня и неожиданно изменять его направление.
Рельеф также играет роль в этом процессе: пожары движутся быстрее вверх по склонам, так как пламя предварительно нагревает растительность над собой. Крутые склоны могут усиливать интенсивность огня. Долины и хребты могут изменять ветровые потоки.
Доступность топлива, его сухость и связь также важны. Мелкое, сухое топливо легко воспламеняется, в то время как густая растительность поддерживает более длительные и интенсивные пожары.
Метеорологические элементы, такие как низкая влажность и турбулентный воздух, могут делать пожары более непредсказуемыми. Взаимодействия между огнем и атмосферой могут даже создавать свои собственные системы ветров, такие как огненные вихри.
Местоположение точки возгорания также имеет значение. Пожары рядом с крутыми склонами или в условиях сильного ветра могут быстро распространяться и представлять большие трудности для сдерживания.
В: Учитывая прогнозируемое увеличение частоты лесных пожаров, какие долгосрочные экологические последствия вы предвидите для ландшафтов и природных ресурсов Калифорнии?
Ю: Лесные пожары уже значительно увеличились, и ожидается, что эта тенденция продолжится, с прогнозируемым увеличением частоты лесных пожаров до конца века. Одним из критических последствий является трансформация экосистем, ухудшающая регенерацию кустарников, снижая разнообразие родных растений и приводя к доминированию некоренных видов. Этот сдвиг угрожает биоразнообразию и экологическому балансу этих уникальных сред. Лесные пожары также являются значительными источниками выбросов парниковых газов. Выбросы углекислого газа от лесных пожаров увеличились на 60% с 2001 года в мировом масштабе, почти утроившиеся в климатически чувствительных бореальных лесах из-за повышения температуры и условий, способствующих пожарам. Эти выбросы усугубляют изменение климата, создавая замкнутый круг, который увеличивает риски будущих лесных пожаров.
В: Какие современные технологии и стратегии наиболее эффективны для прогнозирования и контроля распространения лесных пожаров?
Ю: Наиболее распространенные и эффективные методы, используемые в настоящее время, — это дистанционное зондирование и спутниковый мониторинг. Спутники, такие как MODIS и VIIRS от NASA, предоставляют данные в реальном времени о местоположении, размере и интенсивности пожара. Эти инструменты помогают выявлять новые возгорания и отслеживать прогресс пожара, даже в удаленных районах. Термальное изображение с дронов и наземный радар дополняют спутниковые данные, предлагая высококачественные сведения для наземных операций.
Калифорния уже использует систему обнаружения лесных пожаров на базе искусственного интеллекта, которая обучает сеть камер в лесах распознавать ранние признаки огня.
Были проведены многие контролируемые или предписанные сжигания для уменьшения избыточной растительности, такие как прореживание густых лесов и очистка подлеска, чтобы смягчить серьезность пожаров. Некоторые компании по робототехнике начали пробовать контролируемые сжигания с помощью роботов, таких как BurnBot.
Автономные вертолеты, такие как модифицированный Black Hawk, оснащенный системой автономии MATRIX от Sikorsky, продемонстрировали способность независимо обнаруживать и тушить пожары.
Существует несколько вычислительных моделей, таких как ELMFIRE с расширениями для границ городской черты, которые моделируют распространение огня через сообщества. Эти инструменты включают данные о растительности, материалах строений и динамике огня, чтобы восстановить прошлые события и предсказать будущие риски.
Google, в партнерстве с Muon Space и Фондом защиты окружающей среды, запустит созвездие спутников под названием FireSat, которые могут обнаруживать объекты размером до класса, примерно 5×5 метров.
Примечание редактора: Этот вопрос и ответ изначально были опубликованы в блоге Института энергетики и окружающей среды.