Table of Contents

Динамика лесных пожаров в южноамериканских Андах: взаимодействие растительности и почвы

Андский горный хребет, простирающийся более чем на 7000 километров вдоль западного края Южной Америки, содержит некоторые из самых разнообразных экосистем на Земле. От засушливых альтиплано до пышных облачных лесов восточных склонов, эти ландшафты все более уязвимы для лесных пожаров. В последние десятилетия суровые пожарные сезоны опустошали части Аргентины, Чили, Боливии и Перу, разрушая среду обитания, угрожая источникам воды и выпуская огромные запасы углерода. Четкое понимание того, как топография и ведут огонь в этом сложном регионе, имеет важное значение для землеустроителей, пожарных и политиков, стремящихся снизить риск.

Поведение лесных пожаров в Андах невозможно предсказать с помощью одних лишь моделей низменности. Крайний рельеф, быстро меняющаяся высота и мозаика типов растительности создают уникальную пожарную среду. В данной статье рассматриваются физические и экологические механизмы, посредством которых топография и растительность влияют на распространение огня, опираясь на недавний опыт исследований и эксплуатации. Затем предлагаются практические подходы к управлению, которые учитывают эти факторы.

Топографический контроль над распространением огня

Топография форм огня распространяется в нескольких масштабах: от склона одного склона холма до ориентации целых долин.В Андах, где возвышения варьируются от уровня моря до более чем 6000 метров, усиливаются топографические эффекты.

Крутота склона и скорость распространения огня

Огонь распространяется быстрее всего в гору. Сияющее тепло и конвективное пламя предварительно нагревают растительность над фронтом огня, уменьшая влажность топлива и ускоряя воспламенение. На крутых андских склонах огонь может подниматься в несколько раз быстрее огня на ровной земле. И наоборот, спуск распространяется медленнее, потому что эффект предварительного нагрева отсутствует. Эта асимметрия создает проблему для сдерживания: огонь, начинающийся у основания каньона, может быстро мчаться вверх по склону, обгоняя пожарных, дислоцированных выше.

Исследования в чилийских Андах измерили скорость подъема, превышающую 6 км/ч, при умеренных условиях ветра на склонах более 30 градусов. Такое быстрое движение оставляет мало времени для эвакуации или подавления.

Аспект и солнечная радиация

Направление, в котором склон обращен к поверхности, — его аспект — определяет количество поступающего солнечного излучения. В Южном полушарии склоны, обращенные на север, получают больше прямых солнечных лучей и, как правило, теплее и суше, чем склоны, обращенные на юг. Эта разница в микроклимате напрямую влияет на влажность топлива. В Андах склоны, обращенные на север, часто имеют более низкое содержание влаги в мусоре и мелком топливе, что делает их более склонными к воспламенению и более быстрому распространению пожаров. Наклоны, обращенные на юг, напротив, дольше сохраняют влагу и могут действовать как естественные пожары в начале сезона пожаров.

Каналы долины и воронка ветра

Андские долины действуют как естественные аэродинамические туннели. Когда огонь создает свою собственную конвективную колонну, взаимодействие с долинными ветрами может генерировать неустойчивое поведение огня. Сильные нисходящие потоки, вихри и ченнелинговые ветры несут горящие угли (огненные бренды) на расстояния 1-3 километра, начиная точечные пожары впереди основного фронта. Этот механизм пятен особенно опасен в крутой топографии, потому что он может перепрыгивать через хребты и угрожать сообществам в других защищенных долинах.

Буря 2017 года в центральной части Чили продемонстрировала, как взаимодействие топографии и ветра превратило ландшафтный пожар в катастрофу городского интерфейса. Пожары, которые начались в прибрежных горах, были направлены речными долинами на окраину Сантьяго, сжигая тысячи гектаров за несколько часов.

Градиенты подъема и непрерывность топлива

Поднятие накладывает сильные градиенты на температуру, осадки и тип растительности. В Андах древесная линия обычно проходит между 3500 и 4500 м. Над этим растительность ограничена травами, кустарниками и подушками. Пока эти высоковозвышенные виды топлива скудны, они все же могут нести огонь в сухих и ветреных условиях. Более низкие возвышения, особенно на западных склонах, часто покрыты кустарниками средиземноморского типа (моральными), которые являются высоковоспламеняющимися. Переходные зоны между этими поясами создают условия, при которых пожары могут распространяться от одного вида топлива к другому, чему способствует непрерывность склона.

Примечательным примером является пожар 2020 года в Патагонских Андах, где пожар начался в предгорьях и распространился вверх через смешанный лес Нотофага и бамбуковую подлесок, в конечном итоге достигнув альпийской зоны. Огонь был сдержан только тогда, когда он достиг более скалистой, бедной топливом местности вблизи хребта.

Растительность как топливо: виды, структура и воспламеняемость

Растительность обеспечивает горючий материал, который поддерживает огонь. В Андах разнообразие растительных сообществ приводит к широкому разнообразию поведения при пожаре. Понимание характеристик топлива - нагрузки, непрерывности, содержания влаги и химического состава - является ключом к прогнозированию распространения.

Кузнечные и кустарниковые земли

Высотные луга (пуна и парамо) и маторраль с более низкой высотой являются одними из наиболее пожароопасных видов растительности в Андах. Травы быстро лечатся в сухие периоды, становясь прекрасными, мигающими видами топлива, которые легко воспламеняются и быстро распространяются под ветром. В пуне огонь является естественным элементом в некоторых районах, но частота его увеличивается из-за возгорания человека. При сочетании с крутыми склонами травяные пожары могут достигать очень высоких показателей распространения, опережая усилия по подавлению.

Кустарники, особенно те, в которых преобладают Чускеа бамбуковые или прорастающие виды, такие как Nothofagus antarctica, имеют более высокие топливные нагрузки, чем луга. Структура этих кустарников — часто с плотным навесом из тонких веток и слоем мертвых листьев под ними — поддерживает как поверхностный огонь, так и лестничные виды топлива, которые несут огонь в более высокую растительность.

Леса

Андские леса варьируются от сухих склерофиллов в центральном регионе до умеренных тропических лесов на юге. В сухих лесах на поведение пожаров сильно влияет влажность слоя мусора. Когда засуха понижает влажность мусора ниже 10%, пожары могут стать интенсивными и поглотить древесные навесы. В влажных лесах огонь встречается редко, но может быть сильным, когда условия засухи совпадают с воспламенением. Пожары 2019–2020 годов в переходной зоне Амазонки-Анды сожгли большие площади тропических горных лесов, вызвав высокую смертность деревьев.

Критическим фактором распространения лесных пожаров является наличие лестничного топлива — подлесковой растительности, которая соединяет лесной пол с навесом. Во многих андских лесах подлесок включает бамбуковые и альпинистские лозы, которые создают топливный континуум. Пожары, которые достигают навеса (коронные пожары), почти невозможно сдержать и могут быстро распространяться по большим площадям, особенно на однородных склонах.

Динамика влажности топлива

Топливная влажность является единственной наиболее важной переменной, определяющей вероятность воспламенения и скорость распространения. В Андах сезонная засуха (сухой сезон с ноября по март во многих регионах) высыхает мелкое топливо. Однако содержание влаги в живой растительности может широко варьироваться. Например, склерофиллические листья в чилийском морреле имеют толстые кутикулы, которые сохраняют воду, но во время длительной засухи они становятся легковоспламеняющимися. Живая топливная влажность ниже 80% для кустарников и ниже 100% для трав часто используется в качестве порога для экстремального пожарного поведения.

Взаимодействие топографии и топливной влаги также важно. На северных склонах топливо высыхает быстрее и дольше остается сухим, увеличивая окно для высокоинтенсивных пожаров. На затененных южных склонах топливо может удерживать влагу даже в сухие периоды, обеспечивая рефугии для пожарочувствительных видов и создавая естественные перерывы.

Адаптация и пожарные режимы

Некоторые андские растения развили черты, которые позволяют им выжить или даже извлечь выгоду из огня. Например, многие виды Nothofagus имеют толстую кору и могут отапливаться после огня низкой интенсивности. Трава Stipa в альтиплано может быстро расти после горения. Однако частые пожары высокой степени тяжести могут смещать состав растительного сообщества в сторону адаптированных к огню видов, создавая положительную обратную связь, которая увеличивает будущую воспламеняемость. Это растущая проблема в Андах по мере увеличения частоты пожара.

Взаимодействие топографии и растительности

Связь крутых склонов и легковоспламеняющейся растительности производит синергетические эффекты, которые усиливают распространение огня. Одним из важных взаимодействий является предварительный нагрев : на склоне холма тепловой шлейф огня перемещается вверх и высыхает растительность выше, эффективно расширяя топливный слой. Этот эффект сильнее, когда склоны превышают 20 градусов и когда растительность непрерывна.

Другое взаимодействие включает в себя ветер и структуру топлива. В открытых лугах на хребтах скорость ветра выше, а распространение огня в основном обусловлено ветром. В защищенных лесных долинах в поведении огня может доминировать конвекция, управляемая топографией. Наиболее опасные условия возникают, когда сильные ветры выравниваются с крутой, склонной местностью — сценарий, типичный для событий ветра фёна в Патагонских Андах.

Примеры недавних пожаров иллюстрируют эти взаимодействия. «Мега-пожар» 2018 года в регионе Араукания в Чили сгорел более 100 000 гектаров. Он начался в долине и распространился в гору через мозаику сосновых плантаций и родного леса. Сочетание крутых склонов , плотной подлесок и сильных ветров долины создало огонь, который демонстрировал несколько пробегов, с расстоянием обнаружения до 2 км. Пожарные команды описали его как «ведение как огонь с другой планеты».

Аналогичным образом, пожары в Боливийских Андах часто возникают в низменных саваннах и перемещаются вверх по склону через сухие леса в горные луга. В результате пожар может покрыть тысячи гектаров за один день. Поскольку топография направляет огонь, можно предсказать наиболее вероятные пути и ресурсы предварительного размещения - но только если взаимодействия хорошо понятны.

Последствия для управления пожарами и предотвращения

Учитывая сильное влияние топографии и растительности, стратегии управления в Андах должны быть пространственно явными и адаптированными к местным условиям.

Управление топливом на склонах

Уменьшение непрерывности топлива является ключевой стратегией. На крутых склонах обрезка полосы или стратегические разрывы топлива могут прерывать эффект предварительного нагрева. Однако разрывы топлива должны быть шире на более крутой местности, потому что пожар может перескакивать через пятнистость. Например, на склонах, превышающих 30 градусов, разрыв топлива может быть шириной 100 метров или более, чтобы быть эффективным. Предписанный выпас на лугах может уменьшить мелкие нагрузки топлива без экологических последствий механической очистки.

В лесных районах истончение подлеска для удаления топлив может снизить риск возникновения коронного огня. Но истончение должно быть сделано осторожно, чтобы избежать создания большего количества поверхностного топлива. В некоторых андских лесах огонь традиционно используется коренными общинами для управления пастбищами. Интеграция этих знаний с современной наукой о пожаре может привести к более устойчивым методам обработки топлива.

Топография - Осознанное подавление пожара

Пожарные в Андах уже знают, что доступ диктует местность. Однако, прогнозное моделирование, которое включает в себя наклон, аспект и топливные карты, может помочь определить, куда огонь, скорее всего, пойдет, прежде чем он туда попадет. Например, если огонь начинается на склоне с севера с сухими лугами во время ветра, модель может предсказать быстрое распространение в гору на хребет, а затем пятно в следующую долину. Ресурсы могут быть развернуты на этом хребте или для защиты ценностей, подверженных риску с другой стороны.

Раннее обнаружение с помощью спутников (таких как FLT:0) NASA FIRMS в сочетании с анализом местности улучшает ситуационную осведомленность. Многие страны Анд сейчас используют эти инструменты, но связь и обмен данными в реальном времени остаются проблемами.

Планирование землепользования и готовность общин

Многие лесные пожары в Андах вызваны деятельностью человека — сельскохозяйственные ожоги, пожары или поджоги. Программы предотвращения пожаров на уровне общин, направленные на источники возгорания, жизненно важны. Кроме того, планирование землепользования должно избегать строительства домов на вершинах крутых, богатых топливом склонов, где риск пожара самый высокий. В интерфейсе между дикой природой и городом должны быть необходимы защитные космические зоны с огнестойким озеленением и уменьшенными нагрузками на топливо.

Изменение климата, вероятно, увеличит риск пожара в Андах: более высокие температуры, более раннее таяние снега и более частая засуха уменьшат влажность топлива и удлинят сезон пожаров. Отчеты ЮНЕП указывают на то, что экстремальные пожары станут более распространенными в Южной Америке.

Пробелы в исследованиях и будущие направления

Несмотря на прогресс, в нашем понимании андской пожарной экологии остаются значительные пробелы. Большинство моделей поведения при пожаре были разработаны в Северной Америке или Австралии и могут не очень хорошо работать в крутой, сложной местности Анд. Местная калибровка моделей, таких как уравнение распространения Ротермеля, необходима с использованием местных типов топлива.

Кроме того, влияние подъема на динамику влажности топлива плохо изучено.Как атмосферный пограничный слой взаимодействует с крутыми склонами, чтобы влиять на сушку топлива? Исследования с использованием датчиков in situ на поперечных участках высот могут ответить на этот вопрос.

Роль неместных видов в изменении режимов использования топлива является еще одной проблемой. Во многих частях Анд экзотические сосны и эвкалипты были посажены для древесины, и эти виды очень легковоспламеняются. Их распространение в родные леса может трансформировать режимы пожара. Исследования из Чили подчеркивает этот риск.

Заключение

Топография и растительность являются двумя основными факторами распространения лесных пожаров в южноамериканских Андах. Крутые склоны ускоряют движение огня и канальный ветер, а структура, содержание влаги и тип растительности определяют наличие топлива. Их взаимодействие создает опасные петли обратной связи, которые затрудняют прогнозирование лесных пожаров и их сдерживание.

Эффективное управление пожарами в этом регионе требует глубокой оценки этих факторов. Используя оценки рисков, связанных с конкретными районами, стратегические методы обработки топлива и профилактику под руководством общин, можно уменьшить угрозу. Однако, поскольку изменение климата усиливает засуху и топливо продолжает расти, окно для действий узкое. Интегрированные исследования, трансграничное сотрудничество и устойчивые инвестиции в науку о пожарах и потенциал подавления будут необходимы для защиты чрезвычайных ландшафтов и средств к существованию Анд.