Ветры Берга в Южной Африке: зимняя погода, увеличивающая риск лесных пожаров

После пожара. Хендрик ван ден Берг, через Wikimedia Commons., CC BY

Зима в некоторых частях Южной Африки — это время с небольшим количеством осадков (или их полным отсутствием) и высокой пожароопасностью. Шелдон Стридом изучает взаимосвязь между погодой и пожарами, в частности то, как горные ветры, также известные как горные потоки, связаны с периодами повышенной пожароопасности. Середина июля — это, как правило, период повышенного риска. Он делится тем, что узнал в ходе своих исследований в центральной части провинции Квазулу-Натал в Южной Африке, недалеко от крупнейшего горного массива страны, Драконовых гор.

Что такое горные ветры и как они образуются?

Давно известно, что горные ветры («фени», «чинуки» и т. п.) повышают опасность пожаров. Это подтверждается примерами из разных уголков мира.

В Южной Африке эти горные ветры известны как бергские ветры. Обычно они теплые и сухие.

Горный ветер возникает, когда масса воздуха вынуждена подниматься вдоль наветренного склона (стороны горы, к которой дует ветер). По мере подъема масса воздуха охлаждается. Когда она достигает вершины склона или горы, она опускается на подветренную (защищенную) сторону. По мере опускания воздух нагревается.

Бергские ветры обычно возникают в южноафриканские зимы, когда над внутренними районами страны располагаются системы высокого атмосферного давления, а у побережья — системы низкого давления. (Атмосферное давление — это давление воздуха над землей, которое влияет на движение воздуха.)

Обычно прибрежная область низкого давления возникает за день или два до холодного фронта. Перепад давления (разница давлений, которая приводит в движение ветер) между областью высокого давления над внутренними районами страны и областью низкого давления у побережья приводит к тому, что воздух течет от внутренних районов страны к побережью, спускаясь по склонам гор. Воздух достигает прибрежных районов в виде теплого сухого ветра.

Зачем изучать взаимосвязь между ветрами Берга и пожарами?

Ветры могут распространять пожары по местности.

В нашем исследовании, основанном на данных с четырех участков в центральной части провинции Квазулу-Натал, было количественно оценено влияние ветров Берга на микроклимат (местные погодные условия) и подчеркнуто, как эти изменения влияют на опасность пожаров.

Источники пожаров в Южной Африке, как и в других странах, разнообразны. Например, лесные пожары могут возникать, когда контролируемое выжигание или плановое использование огня выходит из-под контроля из-за изменения погодных условий. Случайные пожары и поджоги являются наиболее распространенными причинами лесных пожаров. Исследования показывают, что лесные пожары и пожарные бедствия часто происходят в районах, где практикуется контролируемое выжигание.

Контролируемые выжигания, или плановое использование огня, являются важным аспектом управления сельским хозяйством. Они способствуют рассеиванию и прорастанию семян ряда видов, а также удаляют растительный мусор с поверхности земли. Контролируемые выжигания используются для управления лугами и связаны со снижением числа переносчиков болезней, таких как клещи.

Однако, если пожары выходят из-под контроля, они представляют угрозу для сельскохозяйственных угодий и плантаций.

Поэтому крайне важно иметь системы прогнозирования погоды и мониторинга, которые предупреждают об условиях, способствующих возникновению и распространению пожаров.

На международном уровне для мониторинга условий используются индексы или измерители пожарной опасности. В Южной Африке Южноафриканская метеорологическая служба и другие заинтересованные и затронутые стороны в настоящее время используют индекс пожарной опасности Лоувельда. Индекс рассчитывается на основе данных о температуре воздуха, относительной влажности, скорости ветра и количестве осадков. Эти показатели измеряются один раз в день. Ежедневные прогнозы предоставляются Метеорологической службой и распространяются среди местных пожарных служб.

Большая часть исследований в Южной Африке посвящена пирогеографии (изучению времени и места возникновения пожаров) и экологии пожаров. Мало исследований было проведено для количественной оценки влияния ветров Берг на пожароопасность с использованием доступных исторических метеорологических данных за каждый час.

Средняя часть провинции Квазулу-Натал является идеальной средой для изучения влияния ветров Берг на микроклимат и пожароопасность. Этот район расположен недалеко от гор Драконовых гор и часто подвергается пожарам. Кроме того, это преимущественно сельскохозяйственный район.

Что обнаружено?

В ходе исследования была разработана система нечеткой логики (математический метод для работы с неопределенностью) для определения периодов ветров Берга с использованием исторических метеорологических данных по часам для четырех мест.

Мы проанализировали такие переменные, как температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра и пожароопасность в разное время дня и ночи, до и во время ветров Берг.

Анализ выявил значимость изменений местных погодных условий (в пределах 2 км) в периоды ветров Берг и их влияние на пожароопасность.

Было установлено, что:

• ветра Берга чаще возникали в дневное время и наиболее сильно влияли на микроклимат в течение дня
• во время дневных ветров Берга температура воздуха повышалась в среднем на 5,5 °C, влажность снижалась в среднем на 16 %, а скорость ветра увеличивалась в среднем на 5,2 метра в секунду
• дневные ветры Берга значительно повышают пожарную опасность
• ночные ветры Берга, хотя и менее часты, все же приводят к значительным изменениям микроклимата
• ночью пожарная опасность повышается при значительном изменении комбинации переменных.

Система нечеткой логики может быть полезна в двух отношениях: для количественной оценки влияния ветров Берга на микроклимат и в качестве дополнения к любой системе мониторинга пожарной опасности. Она может измерять условия с более высоким временным разрешением, например каждые 10 минут или каждый час, что делает ее более полезной для мониторинга изменений опасности пожаров в режиме, близком к реальному времени.

Система может быть полезна для оперативного использования такими агентствами, как Провинциальный центр по управлению стихийными бедствиями провинции Квазулу-Натал, а также может быть применена в других регионах, подверженных риску пожаров.