Понимание поведения огня в Скалистых горах

Скалистые горы представляют собой одну из самых сложных пожарных сред в Северной Америке. Протянувшись более чем на 3000 миль от Британской Колумбии до Нью-Мексико, этот обширный горный хребет создает различные метеорологические и экологические условия, которые непосредственно определяют, как воспламеняются, распространяются и усиливаются лесные пожары. Пожарные менеджеры в этом регионе сталкиваются с проблемами, которые резко отличаются от тех, которые находятся в плоской или мягкой местности. Взаимодействие крутых склонов, переменного аспекта, зон растительности с поднятием и измененных местностей ветров приводит к поведению огня, которое может быстро и непредсказуемо меняться. Понимание этой динамики является не просто академическим упражнением; это необходимо для защиты сообществ, инфраструктуры и природных ресурсов на межгорном Западе.

Прочный ландшафт Скалистых гор влияет на огонь в каждом масштабе, от микроскопического горения отдельных сосновых игл до макроскопического распространения пожарного комплекса, охватывающего десятки тысяч акров. Пожарные, землеустроители и политики должны учитывать эти эффекты, обусловленные ландшафтом, при планировании стратегий подавления, проведении предписанных ожогов и разработке разработки интерфейса между дикими землями и городом (WUI). В этой статье рассматриваются ключевые механизмы, с помощью которых горная местность влияет на поведение огня в Скалистых горах и исследуются практические последствия для управления пожарами в эпоху увеличения серьезности лесных пожаров.

Топографические особенности и распространение огня

Топография является одним из трёх основных факторов поведения лесных пожаров, наряду с погодой и топливом. В Скалистых горах топографическая изменчивость экстремальна, и её влияние на распространение огня соответственно выражено. Понимание того, как склоны, аспекты и рельефы взаимодействуют с огнем, имеет основополагающее значение для прогнозирования движения и интенсивности огня.

Склонность к стремлению и скорость распространения огня

Угол скольжения, пожалуй, самый важный топографический фактор, влияющий на поведение огня в горной местности. По мере того, как огонь движется вверх по склону, пламя притягивается к несгоревшим видам топлива перед фронтом огня. Этот эффект предварительного нагрева ускоряет сушку и воспламенение этих видов топлива, заставляя огонь распространяться быстрее в гору, чем на плоскую землю. Скорость распространения может увеличиваться в два-четыре раза на умеренных склонах и еще больше на крутых склонах. И наоборот, огонь, движущийся вниз по склону, имеет тенденцию распространяться медленнее, потому что пламя наклоняется от несгоревших видов топлива, уменьшая предварительное нагревание.

Пожарные менеджеры используют категории склонов для оценки риска и планирования операций. Склоны, превышающие 30 процентов, считаются экстремальными для прямого нападения наземных экипажей, а склоны выше 50 процентов часто требуют воздушных ресурсов или тактики косвенного подавления. В Скалистых горах склоны от 40 до 70 процентов распространены во многих дренажах, особенно в Переднем хребте, горах Сан-Хуана и Савтутском хребте. Степная местность не только ускоряет распространение огня, но и увеличивает сложность сдерживания, поскольку экипажи не могут безопасно позиционировать себя на фланге огня.]

Аспект и топливная влага

Аспект, или кардинальное направление, в котором склон обращен, оказывает мощное влияние на топливную влагу и огневой потенциал.В Северном полушарии склоны, обращенные к югу и западу, получают более прямое солнечное излучение и, как правило, теплее и суше, чем склоны, обращенные к северу и востоку.Эта разница усиливается на более высоких высотах, где солнечная инсоляция более интенсивна из-за более тонкой атмосферы.Южные склоны в Скалистых горах, как правило, поддерживают более редкую, более засухоустойчивую растительность, такую как сосна прудероза, можжевельник и травы, которые в сухие периоды сильно воспламеняются.Северонаправленные склоны, напротив, дольше сохраняют влагу и часто поддерживают более плотные подставки ели, пихты и пихты Дугласа, которые могут нести интенсивные коронные пожары в суровых условиях засухи, но менее склонны воспламеняться в нормальные пожарные сезоны.

Влагоустойчивость, обусловленная аспектом, также влияет на сезонность пожара. Склоны, обращенные к югу, становятся критически сухими ранее весной и остаются сухими позже осенью, расширяя окно высокой пожарной опасности. Склоны, обращенные к северу, могут позже удерживать снежный покров и зеленеть позже, задерживая их вклад в сезон пожара. Эта асимметрия означает, что один огонь, горящий по сложному ландшафту, может столкнуться с резко различными условиями топлива в зависимости от того, с какой стороны хребта он пересекается.

Каньоны, долины и эффекты Риджа

Каньоны и долины действуют как естественные дымоходы и ветровые туннели. Когда огонь воспламеняется на дне узкого каньона, жара и пламя ограничиваются крутыми стенами, усиливая огонь и ускоряя его распространение вверх по склону. Эффект каньона может производить чрезвычайно быстрые пожарные пробеги, которые подавляют усилия по подавлению. Пожар Южного каньона на горе Шторм Кинг в Колорадо 1994 года продемонстрировал это явление трагически, когда пожар, который казался управляемым, внезапно взорвался крутым дренажом, обгоняя пожарных.

Задние и седловые канавы также влияют на поведение огня. Пожары часто замедляются или останавливаются, когда достигают гребных вершин, потому что наклонные плоскостопии и топливо могут быть тоньше. Однако точечные пожары могут пересекать гребни, если уголь поднимается конвекционными колоннами или сильными ветрами, позволяя огню устанавливаться на противоположном склоне. Седла или низкие точки вдоль гребня особенно опасны, потому что они направляют ветер и могут перекачивать огонь из одного дренажа в другой, эффективно позволяя ему обходить естественные барьеры.

Градиенты повышения и вегетационная динамика

Скалистые горы охватывают огромный диапазон возвышений, от около 5000 футов в предгорьях до более 14 000 футов на самых высоких вершинах. Этот градиент возвышения создает отдельные зоны растительности, каждая со своими топливными характеристиками и режимами пожара. Поведение огня систематически меняется с возвышением, отражая сдвиги температуры, осадков и типа топлива.

Типы топлива в зонах подъёма

На более низких высотах, обычно ниже 7000 футов, доминирующая растительность включает прудоносную сосну, пиньон-юниперовые леса и кустарники.Эти экосистемы развивались с частыми, низкоинтенсивными поверхностными пожарами, которые поддерживали открытые стендовые структуры.Сегодня, однако, исключение огня и накопление топлива увеличили потенциал для более серьезных пожаров в этих зонах.Травяное и кустарниковое топливо в подлеске может быстро нести огонь, особенно на южных склонах.

От 7000 до 9500 футов доминируют хвойные леса, такие как пихта Дуглас, белая пихта, сосна хвойная и осина.В этой зоне действует пожар смешанной строгости, как при поверхностных пожарах, так и при случайных заменяющих стенд кронах. Сосна хвойная, в частности, очень приспособлена к огню; её серотиноподобные шишки требуют тепла для открытия и выпуска семян, что делает её классическим огнезависимым видом.Плотный непрерывный навес в некоторых стендах хвойных может поддерживать активный кронный огонь при экстремальных погодных условиях.

Выше 9500 футов преобладают еловые леса и альпийская тундра. Вегетационный сезон короткий, а топливная влажность обычно выше из-за стойкости таяния снега. Пожары в этой зоне реже, но могут быть сильными, когда они происходят, особенно в засушливые годы. Альпийская тундра над линией деревьев в значительной степени невоспламеняется из-за редкой растительности, но может служить естественным пожаром. Однако потепление температур позволяет линией деревьев продвигаться вверх в некоторых районах, потенциально расширяя зону горючей растительности на ранее пожаробезопасные возвышенности.

Режимы влажности и сезонность огня

Подъем также контролирует время и продолжительность сезона пожаров. Более низкие возвышения в Скалистых горах обычно испытывают пиковую пожарную опасность в июне и июле, после таяния снега и до летнего муссона приносит влагу. Зоны среднего подъема достигают пика позже, в июле и августе, в то время как леса высокого подъема могут не стать достаточно сухими до конца августа или сентября. Этот ошеломляющий сезон пожаров означает, что большие пожары могут сохраняться в течение нескольких месяцев, сжигая через различные зоны возвышения по мере изменения условий. Пожар на пике Кэмерона в Колорадо 2020 года горел более 100 дней и пересекал несколько полос возвышения, демонстрируя, как один огонь может проявлять несколько режимов поведения в течение его жизни.

Топливная влажность является ключевой переменной, связывающей возвышение с поведением огня.] Живая топливная влажность в хвойных колеблется сезонно и зависит от влажности почвы, температуры и дефицита давления пара. На более высоких высотах более холодные температуры и более поздний снегопад дольше сохраняют топливную влагу выше, снижая вероятность воспламенения. Однако в течение засухи этот буфер разрушается, и леса высокого уровня могут стать такими же легковоспламеняющимися, как и леса с более низким уровнем подъема.

Ветровые узоры в горной местности

Ветер является наиболее динамичным и непредсказуемым фактором в поведении огня, а горная местность изменяет ветер способами, которые являются как систематическими, так и хаотичными. Ветры, управляемые сушей, могут переопределять модели ветра синоптического масштаба и создавать локализованные условия, которые стимулируют экстремальное поведение огня.

Ветры Upslope и Downslope

Днем солнечное отопление горных склонов создает восходящие ветры, когда теплый воздух поднимается по местности. Эти суточные восходящие ветры могут вытягивать вверх склоны, особенно на склонах, обращенных к югу и западу, и могут усиливать конвекционные колонны огня. Ночью процесс меняется: охлаждение на склонах порождает нисходящие (катабатические) ветры, которые могут толкать огонь вниз по склону или в дренажи. В крутой местности эти ночные нисходящие ветры могут быть удивительно сильными и могут вызывать пожары, чтобы совершать неожиданные пробеги в течение ночи, когда пожарные, возможно, предполагали, что условия были умеренными.

Взаимодействие между восходящими ветрами и собственной конвекционной колонной огня может вызывать неустойчивое поведение. Если верхний ветер достаточно силен, он может наклонять конвекционную колонну вниз по ветру, увеличивая скорость распространения на голове огня. И наоборот, если конвекционная колонна огня высокая и прочная, она может создавать свои собственные ветры притока, которые перекрывают суточную картину.

Чинук и Ветряные бури Downslope

Одним из самых опасных явлений пожарной погоды в Скалистых горах является ветер чинук, также известный как ветровая буря нисходящего склона. Эти сильные сухие ветры возникают, когда градиент давления заставляет воздух над горным гребнем, который затем спускается по склону ли, нагреваясь и высыхая адиабатически. Ветры чинук могут производить устойчивые скорости от 40 до 60 миль в час с порывами, превышающими 100 миль в час, при одновременном снижении относительной влажности до однозначных цифр. Эти условия могут привести к взрывному росту огня, коронному огню и пятнистости на большие расстояния.

Огонь в Хай-Парке в 2012 году к западу от Форт-Коллинза, штат Колорадо, испытал экстремальное поведение огня, вызванное ветрами чинука, сжигая более 87 000 акров и разрушая более 250 домов. Аналогично, пожар в Маршалле в 2021 году, хотя и больше травяного пожара, был вызван ветрами на склоне, которые превышали 100 миль в час в предгорьях округа Боулдер. Менеджеры пожарной охраны должны обратить пристальное внимание на прогнозные модели, которые предсказывают развитие событий ветра на склоне лье, поскольку они могут превратить управляемый огонь в катастрофический в течение нескольких часов.

Терренс-управляемая турбулентность и пятно

Пересеченная местность создает механическую турбулентность, поскольку ветер течет по хребтам, пикам и скалистым обрывам скал. Эта турбулентность может вызывать внезапные сдвиги ветра, вихри и облака ротора, которые делают непредсказуемым поведение огня. Пожарные, работающие на гребнях или в седлах, особенно уязвимы к этим хаотическим условиям ветра. Турбулентные ветры также могут поднимать огненные бренды высоко в атмосферу, позволяя замечать на расстоянии. Пятнистые пожары могут воспламеняться на мили впереди основного фронта огня, создавая несколько новых точек зажигания, которые усложняют усилия по сдерживанию и угрожают структурам.

Потенциал пятен усиливается в горной местности, потому что вертикальный подъем от конвекции и механической турбулентности может переносить угли на высоты, где они вовлечены в преобладающий ветер. После подъема эти угли могут пройти несколько миль до посадки и зажечь новые пожары. Пожар в Сангре-де-Кристо в Колорадо в 2018 году продемонстрировал обширное поведение пятен, с огненными брендами, пересекающими коридоры шоссе и устанавливающими новые фронты огня в труднодоступной местности.

Проблемы управления огнем в Скалистых горах

Сочетание крутых склонов, переменного топлива и изменяемых местностей ветров создает множество практических проблем для управления пожарами.Тактика подавления, которая работает на равнине, должна быть адаптирована или полностью заброшена в горной местности.

Доступ и логистика

Дорожные сети в Скалистых горах редки, извилисты и часто немощены. Многие дренажи имеют только одну подъездную дорогу, которая может быть быстро скомпрометирована, если огонь пересекает ее. Пожарные и оборудование часто должны перевозиться на вертолете или пешком, ограничивая вес и объем ресурсов, которые можно вынести. Крутые склоны также ограничивают использование тяжелого оборудования, такого как бульдозеры, которые не могут безопасно работать на сортах, превышающих около 30 процентов. Ручные экипажи могут строить линию огня на более крутых склонах, но работа медленная, опасная и физически сложная.

Логистика снабжения водой, продовольствием и медицинской поддержкой экипажей в отдаленных горных районах сложна и затратна.Вертолетная поддержка часто необходима не только для тушения пожаров, но и для пополнения запасов.Однако вертолетные операции ограничены видимостью, ветром и наличием подходящих зон посадки, которых мало в крутой, лесистой местности.

Ограничения на воздушное пожаротушение

Воздушные ресурсы, в том числе воздушные танкеры и вертолеты, имеют решающее значение для тушения пожара в горной местности, где ограничен доступ к земле. Однако та же местность, которая затрудняет доступ к земле, также усложняет воздушные операции. Узкие каньоны и крутые склоны создают опасные условия полета, с опусканием, турбулентностью и ограниченной маневренностью. Замедляющие падения должны быть тщательно спланированы и размещены, чтобы быть эффективными, а узость многих дренажей означает, что точность падения имеет первостепенное значение. В некоторых случаях местность препятствует танкерам делать прямые падения на огне, заставляя их сбрасывать замедляющие на прилегающих хребтах в надежде, что это замедлит распространение огня.

Работа с ковшами вертолета также является сложной в условиях крутой местности, поскольку пилот должен поддерживать зазор с обрывов и деревьев, окунаясь с небольших горных озер или переносных резервуаров. Ночные полеты, которые могут продлить часы подавления, обычно не допускаются в сложных условиях из-за проблем безопасности. Эти ограничения означают, что горные пожары часто горят с меньшим давлением подавления, чем пожары в более доступной местности.

Опасения пожарных по безопасности

Безопасность пожарных является первостепенным фактором при любой пожарной операции, а горная местность представляет определенные опасности за пределами самого пожара. Качающиеся камни, падающие деревья и нестабильные склоны представляют постоянную опасность. Крутая местность также затрудняет создание и поддержание путей эвакуации; экипаж, работающий на 40-процентном склоне, может иметь ограниченные возможности, если огонь смещает направление или интенсивность. Пожар в Южном Каньоне 1994 года остается самой смертоносной трагедией пожаротушения в истории Колорадо, и его уроки продолжают информировать протоколы безопасности для операций в крутой местности.

Пожарные менеджеры используют систему Lookouts, Communications, Escape Routes, Safety Zones (LCES) для оценки риска, но внедрение LCES в горной местности требует тщательного планирования. Зоны безопасности, где пожарные могут выжить, если их настигнет пожар, часто скудны в крутых дренажах. В 2020 году в Камерон Пик Файр было несколько близких вызовов, где экипажи должны были развернуть пожарные укрытия, что подчеркивает постоянную опасность пожаров в сложной топографии.

Огни Скалистых гор и эффекты на суше

Изучение исторических пожаров дает конкретные иллюстрации того, как горная местность влияет на поведение пожаров и результаты управления.

Огонь Хеймана (2002)

Пожар в Хаймане, который сжег 138 000 акров в Национальном лесу Пайка в Колорадо, был самым большим лесным пожаром в истории штата в то время. Пожар был начат поджигателем и быстро вышел из-под контроля из-за сочетания засухи, сильных ветров и крутой местности. Пожар показал экстремальное поведение огня на склонах, обращенных на юг и запад, где он проделал несколько миль в один день. Пожар в Хаймане продемонстрировал, как ветер, управляемый местностью в предгорьях Фронт-Рэйндж, может подтолкнуть огонь из горной зоны в сосновые леса низшего подъёма, где он угрожал сообществам вдоль Фронт-Рэйндж Колорадо. Усилия по подавлению стоили более 38 миллионов долларов и включали тысячи сотрудников.

Пик огня Кэмерона (2020)

Пик Камерона был крупнейшим лесным пожаром в истории Колорадо, сжигая более 208 000 акров. Он горел в течение 112 дней, с августа по декабрь, и проявлял широкий спектр поведения огня, когда он перемещался по разнообразной местности. Пожар начался в отдаленном районе пустыни Рава, где крутые склоны и ограниченный доступ препятствовал первоначальной атаке. Затем он распространился через каньон Пудре, где эффекты каньона и нисходящие ветры приводили к интенсивным пожарным пробегам. Огонь пересек континентальный дивиденд, свидетельство силы ветров, модифицированных местностью, и дальнего обнаружения. Пик Кэмерона подчеркнул сложность управления большим огнем в сложной местности в течение длительного периода, особенно когда задействованы несколько дренажей.

Изменение климата и будущие пожарные режимы

Изменение климата изменяет условия, в которых происходят пожары в Скалистых горах. Более теплые температуры, более раннее таяние снега и продолжительная засуха расширяют сезон пожаров и увеличивают частоту экстремальных погодных явлений. Эти изменения взаимодействуют с горной местностью, создавая новые проблемы.

Более высокие температуры снижают влажность топлива на всех высотах, делая леса высокогорья более легковоспламеняющимися и продлевая сезон пожаров на конец осени и даже зиму в некоторых районах. Пожар в Маршалле 2021 года, который произошел в конце декабря, был суровым напоминанием о том, что сезон пожаров в Скалистых горах больше не ограничивается летом. Ранее таяние снега также подвергает более низкое топливо в начале года, удлиняя окно для воспламенения. Исследования с американской Лесной службы Скалистой горной исследовательской станции показывают, что средний сезон пожаров в регионе удлинился более чем на 30 дней с 1970-х годов.

Вспышки насекомых, особенно эпидемия горных сосновых жуков, убили миллионы акров деревьев по Скалистым горам. В то время как прямое воздействие деревьев, убитых жуками, на поведение огня сложно и зависит от стадии распада и погодных условий во время пожара, есть свидетельства того, что вспышки жуков могут увеличить тяжесть огня в определенных условиях местности. Мертвые деревья с мелкими сухими иглами могут увеличить вероятность начала огня короны, а потеря литья иглы изменяет структуру поверхностного топлива. Изменение климата также приводит к продвижению линии деревьев, что может принести легковоспламеняющуюся растительность в районы, которые исторически служили пожарами.

Для пожарных менеджеров изменение климата означает, что исторические модели поведения при пожаре больше не могут точно прогнозировать последствия пожара. Сочетание более теплых, более сухих условий и увеличения нагрузки на горную местность приводит к пожарам, которые больше, интенсивнее и труднее сдерживать, чем в прошлом. Упреждающие стратегии управления, включая сокращение опасных видов топлива, предписанный пожар и планирование сообщества, необходимы для смягчения растущего риска.

Заключение

Горная местность — это не просто пассивный фон для лесных пожаров в Скалистых горах; это активный участник, который формирует каждый аспект поведения и управления огнем. Крутые склоны ускоряют распространение огня, аспект определяет влажность топлива и воспламеняемость, а модифицированные ландшафтом ветры производят экстремальное и неустойчивое поведение огня. Эти топографические эффекты взаимодействуют с зонами растительности, управляемыми высотами, и меняющимся климатом, чтобы создать пожарную среду, которая является одной из самых сложных в мире.

Эффективное управление пожарами в Скалистых горах требует глубокого понимания динамики, управляемой местностью. Пожарные и планировщики должны учитывать наклон, аспект, эффекты каньона и закономерности ветра при разработке стратегий подавления и выделении ресурсов. В то же время более широкие усилия по снижению нагрузки на топливо и созданию адаптированных к пожару сообществ должны быть адаптированы к конкретным топографическим и экологическим условиям каждого района. Скалистые горы будут продолжать гореть, но, уважая мощное влияние местности, мы можем лучше предвидеть, готовиться и реагировать на пожары, которые неизбежно наступают.

Для дальнейшего чтения о поведении и управлении огнем в горной местности, проконсультируйтесь с ресурсами Национального межведомственного противопожарного центра , Лесной службы Рокки-Маунтинской исследовательской станции USDA и Национальной программы управления пожарами в парке . Кроме того, Национальное управление океанических и атмосферных исследований предоставляет ценные данные о климате и погоде, необходимые для понимания тенденций поведения огня.