Грозовой удар

Ученые ТПУ помогут точно прогнозировать пожары, возникающие из-за гроз

МОЛНИЯ — КОВАРНЫЙ ВРАГ ЛЕСОВ. ОДНОГО УДАРА ТОЧНО В ДЕРЕВО МОЖЕТ ХВАТИТЬ, ЧТОБЫ ГЕКТАРЫ ЛЕСА ОХВАТИЛО ПЛАМЯ. ТОЛЬКО В 2016 ГОДУ, ПО ДАННЫМ АДМИНИСТРАЦИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ, ГРОЗЫ СТАЛИ ПРИЧИНОЙ БОЛЕЕ 25% ЛИКВИДИРОВАННЫХ В РЕГИОНЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ. УЧЕНЫЕ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАЗРАБАТЫВАЮТ ГЕОИНФОРМАЦИОННУЮ СИСТЕМУ ДЛЯ ТОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТАКИХ ПРИРОДНЫХ ПОЖАРОВ. УЖЕ МОЖНО ГОВОРИТЬ, ЧТО НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ РАЗРАБОТКА НЕ ИМЕЕТ АНАЛОГОВ В МИРЕ.

По словам научного руководителя проекта, доцента кафедры теоретической и промышленной теплотехники ТПУ Николая Барановского, на сегодня ни в России, ни за рубежом не существует эффективных технологий мониторинга и прогнозирования возгораний, возникающих в результате грозовой активности, так как в основном специалисты используют в работе только статистические данные. Модели на их основе просто не работают при резких изменениях погоды.

— Сегодня в России действует государственный стандарт в области мониторинга пожароопасной ситуации, но он использует показатель Нестерова, разработанный еще в середине 20 века. Это очень простая формула, не учитывающая реальных процессов, протекающих при возникновении пожара: высыхание, зажигание, удары молний, а также резкие изменения климата, — рассказывает Николай Барановский.

На развитие своего проекта политехники уже получили поддержку Российского фонда фундаментальных исследований, грант фонда рассчитан на три года.

Пожар замедленного действия

Ученые Томского политеха предлагают включить в модель прогнозирования данные о том, какие породы деревьев преобладают на конкретной территории, учитывать грозовую активность в данной местности — как часто проходят грозы, метеорологические условия, химию и физику самого процесса возгорания древесины.

— Чтобы произошло возгорание, нужен грозовой разряд именно класса «облако-земля», когда разряд доходит до земли, — поясняет ученый. — От удара частицы древесины нагреваются, они падают на лесную подстилку — начинается тление, которое перерастает в низовой пожар. И если поднимется сильный ветер, низовой пожар может превратиться в верховой и нанести серьезный ущерб лесному фонду, животным и людям. То есть возгорание зачастую происходит не сразу после удара молнии. Это важная особенность, которая при точном прогнозировании дает специалистам время для реагирования и предотвращения пожаров.

В вузе уже разработали группы математических моделей, позволяющих предсказывать возникновение возгорания. Исследователи создали программы, которые моделируют сам процесс воспламенения деревьев, учитывают, как разлетаются горячие частицы древесины по сухой лесной подстилке, как воспламеняется сухая растительность. Эти наработки станут частью большой геоинформационной системы, ею смогут пользоваться, например, специалисты авиалесоохраны, сотрудники лесничеств. Система будет представлять собой карту, на которой отмечены районы, где с большей вероятностью может произойти возгорание из-за грозы. В своих исследованиях по Томской области ученые используют данные Тимирязевского лесничества.

Источником данных по грозовой активности в работе политехников является Всемирная сеть локализации молний WWLLN. Эти данные томским ученым предоставляют коллеги из Горно-Алтайского государственного университета. Но недавно политехники и координаторы сети начали прорабатывать вопросы создания станции приема данных WWLLN уже на базе Томского политеха. Если станция будет создана, Томск станет еще одной точкой в России, где идет прием данных WWLLN.

— Создание станции приема в Томске позволит значительно повысить точность данных сети WWLLN, особенно в Сибири и на Алтае, так как все станции планеты действуют как единая сеть сенсоров, — говорит Николай Барановский. — И здесь у ТПУ есть шансы попасть в мировую коллаборацию WWLLN наряду с такими уважаемыми организациями, как Массачусетский технологический институт и Лос-Аламосская национальная лаборатория.

Минимизировать ущерб

Несмотря на то что проект политехников региональный и ученые вуза в основном работают с данными по Томской области, они уже проверили свои наработки в других регионах.

— Некоторые наши наработки уже протестировали в авиалесоохране в городе Пушкино Московской области. Это были более простые формулы, и, к сожалению, их опробовали уже после сильных пожаров 2010 года. Но ретроспективный мониторинг показал, что система дала прогноз по 42 % возгораний с вероятностью 0,8, а ведь 1 — это максимум. То есть, если бы разработка была внедрена раньше, она помогла бы сократить ущерб на 30–50 %, — подсчитали исследователи.

Также политехники провели пробные исследования по использованию вероятностных критериев в коллаборации с партнерами из Украины, которые разрабатывают веб-ориентированную систему оценки риска от лесных пожаров. К проекту уже проявили интерес исследователи из Японии, Испании и Тайваня.

— Да, исследования в этой области ведутся и в США, и в Канаде, и в Китае, где проблема лесных пожаров очень актуальна, — добавляет ученый. — Но Томский политех сегодня является признанным лидером в области физически обоснованного прогнозирования природных пожаров, так как мы учитываем большое количество факторов при моделировании сценариев возгорания, и в основе исследований серьезная фундаментальная школа. Ряд членов научного коллектива, работающего по проекту, входят в состав ведущей научной школы, возглавляемой профессором Гением Кузнецовым. Это доказывает интерес со стороны научного сообщества к нашим наработкам.

Подготовила Александра Лисовая