Александр Вадимович Холопцев, доктор географических наук, профессор, профессор кафедры «Контрольно-надзорная деятельность»
662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Северная, 1
Aleksandr V. Kholoptsev, Dr. Sci. (Geogr.), Professor, Professor of the Department of Control and Supervision
1, Severnaya St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk Krai, 662972
Роман Геннадьевич Шубкин, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры «Контрольно-надзорная деятельность»
662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Северная, 1
Roman G. Shubkin, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor, Professor of the Department of Control and Supervision
1, Severnaya St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk Krai, 662972
Юлия Николаевна Коваль, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой «Химия и процессы горения»
662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Северная, 1
Yuliya N. Koval, Cand.Sci. (Biol.), Associate Professor, Head of the Department of Chemistry and Combustion Processes
1, Severnaya St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk Krai, 662972
Введение. Глобальное потепление климата обостряет проблему ландшафтных пожаров вследствие усиления испарения влаги из горючего материала, увеличения повторяемости сухих гроз, расширения пожароопасного сезона и смещения границ ландшафтных зон. Особую угрозу эти процессы представляют для лесных регионов России, прежде всего для Республики Саха (Якутия). В работах отечественных и зарубежных исследователей установлено значимое влияние межгодовых колебаний среднемесячных температур приземного воздуха (СТВ) на вариации пожарных рисков. Авторами ранее доказано существование во многих районах Сибири положительной обратной связи между показателями горимости лесов и температурными аномалиями последующего года. Однако значимость этой связи на уровне отдельных улусов Якутии, территории которых совпадают с зонами ответственности противопожарных подразделений, ранее не оценивалась, что формирует существенный пробел в научном знании. Целью исследования является восполнение данного пробела путем оценки значимости указанной связи для всех улусов республики и проверки ее устойчивости к временным сдвигам анализируемых рядов.
Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием данных за 2000–2024 гг. Как источник информации о распределении СТВ на высоте 2 м над изучаемыми территориями, соответствующими узлам сетки 0,25°, использован реанализ ERA51. Как фактический материл о количестве ландшафтных пожаров на территории каждого улуса (района) Якутии и общей площади ее участков, пройденных огнем в тот или иной год из указанного периода, использованы сведения Информационной системы дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства. Для каждого из 34 улусов (районов) Якутии с учетом информации об СТВ, соответствующей пунктам, для которых в ERA5 представлены такие сведения, вычислены средние СТВ по всей его территории для месяцев с мая по июль. Статистические связи между межгодовыми изменениями средних СТВ за рассматриваемый период и вариациями показателей горимости лесов всей Якутии (опережающими их на один год) исследовались методом корреляционного анализа для различных отрезков времени длительностью 10–20 лет. Перед проведением анализа из сопоставляемых временных рядов удалялись линейные тренды. Значимость корреляционных коэффициентов оценивалась с использованием критерия Стьюдента при уровне достоверности не менее 95 %. Устойчивость выявленных связей проверялась путем изучения их сохранения при временных сдвигах рядов на единицы лет и при изменении длины анализируемых отрезков в пределах 10–20 лет.
Результаты исследования. Установлены улусы (районы) Якутии, для которых статистические связи межгодовых изменений средних СТВ для мая — июля с опережающими их по времени на один год вариациями количества ландшафтных пожаров и площади участков всей территории Якутии, пройденных огнем за каждый из 2000–2023 годов, с достоверностью ≥95 % признаны значимыми. К ним относятся улусы (районы), расположенные как в северной и западной части территории республики, так и в ее центральной части. Доказана устойчивость выявленных связей к временным сдвигам анализируемых периодов на единицы лет в прошлое и будущее, а также к изменению продолжительности отрезков временных рядов в пределах 10–20 лет. При этом установлено, что в период 2001–2023 гг. рассматриваемые связи прогрессивно усиливаются: количество улусов и районов, для которых достоверность выводов ≥95 %, увеличилось более чем в два раза, а число территорий, где достоверность ≥99 %, выросло с нуля до 16. Связи изменений СТВ для выявленных улусов (районов) с вариациями количества пожаров на территории Якутии обладают более высокой достоверностью, чем их связи с вариациями площади участков, пройденных огнем за год.
Обсуждение. Полученные результаты подтверждают существование на территории Якутии улусов (районов), для которых влияние на межгодовые изменения СТВ, оказываемое вариациями показателей горимости лесов всей Якутии, опережающими их по времени на 1 год, является значимым. Их новизна состоит в выявлении всех улусов (районов), для которых связи между этими процессами являются значимыми и обладают устойчивостью к временным сдвигам. Выявленная устойчивость обнаруженных связей указывает на фундаментальный характер зависимости: загрязнение снега осевшими на него частицами пожарных аэрозолей снижает альбедо покрытой им подстилающей поверхности, что ускоряет таяние, повышение СТВ и интенсивности испарения, усиливая пожароопасность. За изучаемый период эти связи усилились, что свидетельствует о влиянии потепления климата на активизацию рассматриваемой положительной обратной связи. Поэтому при дальнейшем потеплении климата Якутии они еще более усилятся. Вариации количества ландшафтных пожаров на всей территории Якутии сильнее влияют на изменения СТВ для выявленных улусов (районов), чем вариации площади выгорания. Полученные результаты позволяют использовать показатели горимости лесов всей Якутии предыдущего года как предикторы при долгосрочном прогнозировании СТВ для выявленных ее районов (улусов).
Заключение. Выявлены улусы (районы) Якутии, для которых статистические связи между изменениями показателей горимости лесов на всей территории республики и запаздывающими по отношению к ним на год вариациями СТВ в мае — июле являются значимыми. При достоверности такого вывода ≥95 % таких улусов (районов) для периода 2015–2024 гг. выявлено 23, а при достоверности ≥99 % — 16. Доказана устойчивость этих связей к временным сдвигам и длительности временных рядов. Установлено, что за 2001–2024 гг. выявленные связи существенно усилились, что указывает на активизацию в регионе рассматриваемой положительной обратной связи. Поставленные в работе задачи решены: определены расположения улусов (районов) Якутии, а также месяцы, для которых рассматриваемые связи являются наиболее сильными и устойчивыми. Показано также, что количество пожаров на всей территории Якутии служит более информативным предиктором прогностических моделей изучаемого процесса для ее улусов (районов), чем площадь выгорания. Результаты исследования открывают возможность использования результатов мониторинга показателей горимости лесов Якутии для разработки прогнозов на предстоящий год СТВ на территориях выявленных ее улусов (районов) для месяцев май — июль, на которые приходится пик их горимости. Это имеет практическое значение для оптимизации стратегий противопожарного менеджмента в условиях меняющегося климата.
Introduction. Global climate warming is exacerbating the problem of landscape fires due to increased evaporation of moisture from combustible materials, more frequent dry thunderstorms, extended fire season, and shifting boundaries of landscape zones. These processes pose a particular threat to the forest regions of Russia, especially the Republic of Sakha (Yakutia). Domestic and international researchers have found that year-to-year variations in average monthly surface air temperature (MAT) have a significant impact on variations in fire risks. The authors have previously proved the existence of a positive reverse causality between the indicators of forest fire frequency and temperature anomalies of the following year in many regions of Siberia. However, the significance of this connection at the level of individual uluses of Yakutia, the territories of which coincide with the areas of responsibility of fire departments, has not previously been assessed. This creates a gap in scientific knowledge. The aim of this research is to fill this gap by assessing the significance of this relationship for all uluses of the republic and checking its resistance to time shifts of the analyzed series.
Materials and Methods. The research was conducted using data from 2000–2024. ERA5 reanalysis was used as a source of information on MAT distribution at a height of 2 m above the studied territories, corresponding to the nodes of the 0.25° grid. Information from the Remote Monitoring Information System of the Federal Forestry Agency was used as factual material on the number of landscape fires in the territory of each ulus (district) of Yakutia and the total area of its sites covered by fire each year during the specified period. For each of the 34 uluses (districts) of Yakutia, we calculated the average MAT for their entire territory for the months from May to July, taking into account MAT information corresponding to points for which such information was provided in ERA5. The statistical relationships between interannual changes in the average MAT for the period under review and variations in forest fires indicators throughout Yakutia (one year ahead) were studied using correlation analysis for various time periods lasting 10–20 years. Linear trends were removed from the time series before performing the analysis. The significance of correlation coefficients was assessed using the Student's criterion with a confidence level of 95% or higher. The stability of these relationships was verified by examining their consistency when the series were shifted by one year and when the analyzed segments were varied between 10 and 20 years in length.
Results. The uluses (districts) of Yakutia were identified, where statistical relationships between interannual changes in the average MAT for May–July, with one-year-ahead variations in the number of landscape fires and the area of fire-affected areas of Yakutia from 2000 to 2023, were found to be significant at a confidence level ≥95%. These include uluses (districts) located both in the northern and western parts of the republic's territory, as well as in its central part. The stability of the identified relationships was proved to time shifts of the analyzed periods by units of years into the past and future, as well as to changes in the duration of time series segments within 10–20 years. It was also established that during the period from 2001 to 2023, the relationships under consideration gradually strengthened: the number of uluses and districts with reliability of conclusions ≥95% increased more than twice, and the number of territories with reliability ≥99% rose from zero to 16. The relationship between changes in MAT for the identified uluses (districts) and variations in the number of fires in the territory of Yakutia were more reliable than the relationships with variations in the area of its parts affected by fire.
Discussion. The results confirmed the existence of uluses (districts) on the territory of Yakutia, for which the influence on the interannual changes in MAT exerted by variations in the indicators of forest fires throughout Yakutia, which were 1 year ahead of them in time, was significant. The novelty consisted in identifying all uluses (districts) for which the connections between these processes were significant and resistant to time shifts. The revealed stability of the discovered relationships indicated the fundamental nature of the dependence: contamination of snow by particles of fire aerosols deposited on it reduced the albedo of the underlying surface covered with it, which accelerated melting, increased the temperature and evaporation rate, increasing fire risk. During the period under study, these relationships strengthened, which indicated the influence of climate warming on the activation of the positive reverse causality under consideration. Therefore, with further warming of the climate of Yakutia, they would increase even more. Variations in the number of landscape fires throughout Yakutia had a stronger effect on MAT changes for the identified uluses (districts) than variations in the burned area. The results obtained made it possible to use the indicators of forest fires throughout Yakutia of the previous year as predictors for long-term MAT forecasts for its identified areas (uluses).
Conclusion. Uluses (districts) in Yakutia have been identified, for which the statistical relationship between changes in forest burning rates throughout the republic and annual MAT variations in May — July are significant. With a reliability of ≥95% for such uluses (districts) for the period from 2015 to 2024, 23 were identified, and with a reliability of ≥99%, 16 were identified. The stability of these relationships to time shifts and the duration of time series have been proved. It is established that for 2001–2024, the identified relationships have significantly strengthened, which indicates the activation of the positive reverse causality in question in the region. The tasks set in the work have been solved: the locations of the uluses (districts) of Yakutia have been determined, as well as the months for which the considered relationships are the strongest and most stable. It is also shown that the number of fires on the entire territory of Yakutia serves as a more informative predictor of the prognostic models of the studied process for its uluses (districts) than the burned area. The results of the study suggest that it is possible to use the results of monitoring forest fires in Yakutia to create forecasts for the upcoming year for the identified uluses (districts). This is particularly important for optimizing fire management strategies in a changing climate, as the months of May — July account for the peak of forest fires.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.