Как волны жары усиливают пожароопасность в лесах

Print PDF

В июле 2018 года рекордная жара способствовала распространению лесного пожара в округах Shasta и Trinity на севере Калифорнии.

Dmitri A. Kalashnikov et al. (2026) выявили, что волны жары мультиплицируют риск возникновения пожаров, по крайней мере на Западе США. Анализ их связи с пожарами, бывшими в этом регионе за >20 лет (2001-2024 гг.) показал, что здесь дело не только в подсушивании растительности во время волны: эти волны выступают причиной, усиливающей риск возгорания и увеличивающей его длительность за пределы собственно волн жары. Волны жары определяли как 3 и более дня подряд с температурой, входящей в top-10 самых жарких дней (верхний дециль температур): на них приходилось лишь 12-15% календаря, но 42% лесных площадей, уничтоженных пожарами, сгорело во время волны или сразу после.

Территория, пройденная пожарами во время волн жары, была более чем на 50% больше, чем в обычные дни перед их началом, в некоторых регионах это различие дошло до 300%.

Долговременное увеличение на Западе США площадей, пройденных пожарами, что обусловлены волнами жары (красный) при сокращении площадей, выгоревших вне связи с ними.

Как волны жары усиливают пожароопасность и удлиняют пожарный сезон во времени

Каков механизм действия волны жары? Авторы выявили несколько факторов, мультиплицирующих риски, мощность и длительность пожаров:

1) Волны увеличивают способность атмосферы поглощать водяной пар, более сухой воздух сильней «тянет» воду из почвы и растительности, способствуя засухам; одновременно интенсификация испарения усиливает как обычные осадки, так и экстремальные, ливни и наводнения (не спасающих от последствий засухи, ибо почти вся эта вода «проходит мимо» местных растительности и почвы¹), это так называемый «погодный хлыст» — одновременное учащение засух и наводнений, вообще противоположных друг другу погодных явлений;

“Погодный хлыст”, развившийся и усиливающийся на юге Новой Англии. С прогрессом глобального потепления общий объём воды, попадающей на сушу возрос, но неравномерность во времени выросла ещё больше, почему учащаются как наводнения, так и засухи. Линии — аномалия по сравнению со средней за 2002-2012 гг. Плювиальные периоды — годы интенсивных и сильных ливней.

В плювиальные периоды на северо-востоке США ливневые осадки быстро проносятся через поверхностные слои почвы, не достигая более глубоких слоев и подземных вод. Поэтому в долговременном плане сухость почв возрастает, см.след.илл., что контринтуитивно. Источник Huba et al., 2026.

Данные 1964-2023 гг. по Гарвардскому лесу (исследовательский резерват вблизи Питершема, штат Массачусетс, 100 км западнее Бостона) показывают долговременный рост общего выпадения осадков за год (в мм, чёрные линии, треугольнички, в среднем на 6,86 мм/год, коэффициент Кендалла τ = 0,228, p = 0,010) при увеличении доли в их составе экстремальных ливней (в мм, серые, квадратики, в среднем на 4,5 мм/год, τ = 0,315, p = 0,0004).  Источник. Jurado, Matthes, 2025.

Средний за сезон (май-сентябрь) объем содержания воды в почве на разных участках Гарвардского леса (цвета линий), показаны его аномалии, отклонения от долгосрочных средних значений в пределах каждого участка. Линии — тренд изменений, кривые наилучшего соответствия для каждого из участков. Источник op.cit.

Годовые балансы осадков (синий, мм) и потока испарения с почвы и из растений (красный, мм) за сезон вегетации (июнь-сентябрь) сходятся всё хуже, показывая рост сухости вопреки усилению дождей. Тёмно-синий и тёмно-красный столбцы — знак баланса между ними, их позитивная (синий) или негативная разность за год. Видна нехватка воды в экосистеме/почве относительно способности атмосферы её испарять. Источник op.cit.

2) Жара ликвидирует «переключение» на ночную прохладу и влажность: сухость воздуха ночью позволяет пожарам оставаться активными и дольше гореть. Ранее ночь была главным барьером распространения пожаров: по мере развёртывания глобального потепления (данные с 1979 г.) ночи делаются всё жарче и на 25% суше, так что барьер преодолевается всё чаще и чаще. Как минимум на 1/5 территорий, пройденных пожарами, число сухих и жарких ночей (т.е. без «барьера»), в 2003-2020 гг. выросло на неделю в год, в среднем по всем сгоревшим участкам — на 110 ч (5 ночей), ночные пожары случаются на 7,2% чаще (Balch et al., 2022).

Долговременные изменения числа ночных часов, когда дефицит давления водяного пара (VPD) больше критического, т.е. преодолён “ночной барьер в распространении пожаров (оттенки бурого — рост, сине-зелёного — сокращение). Источник Balch et al., 2022.

Долговременные изменения интенсивности ночных пожаров, оцененной по её прокси, мощности потока радиации от огня (FRP, оранжевый рост, зелёный сокращение). Источник op.cit.

Лесной пожар бушует вблизи г.Merced, штат Калифорния, в волну жары в июне 2024 года.

3) волны жары благоприятны для учащения «сухих» молний, когда осадки в грозовом массиве испаряются, не доходя до земли. Они самые пожароопасные: могут поджечь растительность, тем более сушняк и другие горючие материалы, но не сопровождаются дождём, способным огонь потушить. В горячей, нестабильной атмосфере волн жары их возникает больше. И да, авторы показали значимое учащение числа молний, ​включая «сухие», во время и после волн жары во многих районах Запада (в сравнении с обычными днями перед жарой).

Изменения площади сгоревших лесов (левая ордината) и числа лесных пожаров, вызванных молниями (правая), в зависимости от числа дней от начала волны жары (абсцисса). Данные наблюдений 2001-2024 гг., показан средний прирост показателей в % по сравнению с уровнем до начала жары. Так, в среднем, на седьмой день эта площадь возрастает почти на 200%. Источник Kalashnikov et al., 2024.

Волны жары изменяют погоду в сторону роста пожароопасности. Показаны изменения трёх метеорологических переменных, позитивно влияющих на пожароопасности, во время волн жары в сравнении с 5 днями перед ней, оттенки красного и бурого — усиления, синего — ослабление, показаны их средние за день значения. A. ERC. B. VPD — потенциальное давление водяного пара. C. Число сухих молний /(км² * сут.). Сухой молнией считали электрический разряд «облако-земля» (данные национальной сети обнаружения молний), сопровождающийся выпадением <2,5 мм осадков в эти же сутки или вовсе без них. Представлены данные мая-октября 2001–2024 гг., усреднение по всем волнам жары. D.–F. То же, что и A.–С., но для соотношения 5 дней после волны жары к 5 дням до неë. Заливка точками — различия значимы (Р<0,1) по критерию λ Колмогорова-Смирнова.

Примечание. ERC, Energy Release Component (русск. индекс тепловыделения) — индекс, показывающий потенциальное количество энергии, способное выделиться в зоне пламени на фронте пожара, один из прокси пожарной опасности. Показывает, насколько интенсивным будет горение на данной территории при данной погоде, измеряется в британских тепловых единицах (BTU) на квадратный фут (BTU/sq ft) площади фронта пламени. В ERC учтено долговременное влияние погоды на горимость (накопительный эффект сушки лесных горючих материалов за дни и недели), он  чувствителен к влажности воздуха и осадкам, но не учитывает скорость ветра, оценивая потенциальную «энергоемкость» леса как топлива. VPD, Vapor Pressure Deficit (русск.дефицит давления водяного пара) — оценка «сухости» воздуха и его способности поглощать влагу, разница между количеством влаги, которое воздух может удержать при текущей температуре до полного насыщения, и реально находящимся там количеством, измеряется в кПа.

Источник Kalashnikov et al., 2024

 Различия во влиянии на горимость сухих vs влажных волн жары (первые определяются по минимальной относительной влажности воздуха во время волны, <нижнего 25го перцентиля, вторые по максимальной, >75го перцентиля). А-С. Те же параметры пожарной опасности, что на рис. 3А.-С., но для  сухих волн жары. D.-F. Они же для влажных волн жары. G.-H. Долговременные изменения числа сухих и влажных волн жары в лесных (зелёный) и небесных (бурый) экорегионах, быстрый рост первых контрастирует с постоянством вторых, из-за чего средняя влажность одного дня жары в целом снижается (I). Различия трендов G-H значимы по двустороннему t-критерию. 

Источник Kalashnikov et al., 2024

Больший риск лесных пожаров сохраняется и после окончания волн жары, ибо увеличивающие его факторы 1)-3) действуют ещё несколько дней после возвращения температуры к норме. Соответственно, более сухая растительность, сухостой и в целом мортмасса (включая подстилку) всё это время, как правило, остаются необычно сухими, здорово облегчая распространение пожаров.

Действие трёх вышеописанных факторов мультипликации пожарной опасности: “погодный хлыст” создаёт и поддерживает великую сушь, жара её усиливает и продлевает, увеличивая запасы горючего материала и его горючесть.

Тренды динамики волн жары и пожаров на западе США

Выявленная причинная связь волн жары и лесных пожаров чем дальше, тем более значима. По мере прогресса глобального потепления, созданного антропогенным выбросом парниковых газов, волны жары учащаются и распространяются на новые территории, включая и те, где раньше они не случались (скажем, лесные ландшафты юга Франции, Италии или Балкан), чему способствуют выбросы парниковых газов .

С 2001 г. число дней с аномальной жарой в лесах запада США выросло почти вдвое, площади же сгоревших лесов — в 2,5 раза. Если бы число дней с аномальной жарой не выросло, совокупная площадь сгоревших лесов была бы на 37% меньше.

В одних регионах Запада США волны жары действенней [в плане вызывания и усиления пожаров], чем в других. Верхняя карта показывает процент общей площади, пройденной пожарами, возникшими во время и сразу после (1-5 дней) волн жары, относительно всех пожаров, возникших с мая по октябрь 2001-2024 гг. График внизу слева показывает погодовые изменения средней длительности волны жары (дни) в лесных и нелесных экорегионах за май-октябрь 2001–2024 гг. Тренды значимы по двустороннему t-критерию, врезка — лесные/нелесные экорегионы Запада США на карте. Карта внизу справа показывает тренд изменений % общей площади, пройденной пожарами, возникшими во время и сразу волн жары, они рассчитаны по экорегионам и умножены на 24 года наблюдений; Пунктирная штриховка — тренд значим (P < 0,10) по двустороннему t-критерию. Источник Kalashnikov et al., 2024.

Не все экосистемы одинаково уязвимы

Сильная и долговременная зависимость волн жары и увеличения площадей, пройденных пожаром в лесах, не обнаруживается в нелесных ландшафтах (травянистые и кустарниковые местообитания). За годы наблюдений площади, пройденные пожарами за сезон вегетации, там не выросли, они больше зависят от количества доступной растительности, чем только от жары.

Долговременный тренд площадей, пройденных пожарами, обусловленных волнами жары, их действенность не растёт в нелесных ландшафтах (кремовые линии, зелёный — лесные). A. Изменения общей площади, пройденная пожарами, В. То же во время и сразу после волн жары, C. то же % В/А, раздельно лесные и нелесные экорегионы. Значимость линейных трендов определяется с помощью двустороннего t-критерия. D. Прогноз горимости лесных ландшафтов по данным линейной регрессии, описывающей зависимость В (отклик, серые столбцы) от числа дней в году, пришедшихся на волны жары (предиктор, красная линия) и числа таких дней, если исключить тренд. Наблюдаемая площадь выгоревших лесных территорий показана серыми столбцами. E. Горимость нелесных ландшафтов так не прогнозируется, обозначения те же, в обоих случаях R² — доля дисперсии, объяснённой данной регрессией.

Изменение климата приводит к тому, что лето на западе США становится все жарче и суше. Вследствие этого, относительная влажность воздуха во время аномальной жары также снизилась за последние десятилетия, особенно в лесистых регионах Калифорнии, Орегона и Вашингтона.

Соотношение изменений общей площади, пройденной пожарами, и их числа, во время волны жары к тому же за дни перед ней. A. Соотношение площадей, пройденных в среднем за день пожарами в волну жары к таким же площадям за 5 дней перед волнами. Данные мая-октября  2001–2024 гг., усреднение по всем бывшим волнам жары. Везде на картах оттенки красного и коричневого — усиление, синего — ослабление. B. Тоже самое, но для числа пожаров, вызванных молниями, по данным за май-октябрь 2001–2020 гг. C. Тоже самое, но для пожаров,  вызванных деятельностью человека. Обратите внимание, волны жары слабей, но в целом усиливают и эти пожары (хотя и не везде). D–F. Те же параметры, что в А-С, но в соотношении 5 дней после волны жары с 5 днями до, видно их сильное последействие в плане пожароопасности. Покрытие точками — для данной территории различия значимы (P < 0,10) по критерию λ Колмогорова-Смирнова. G. Динамика отношения средней площади, пройденной пожарами за день, к такой же площади за 5 дней до начала волны жары, в зависимости от дня с еë начала (дни 1-15, абсцисса, отрицательные значения — дни до). Кривые даны для разных экорегионов (тонкие линии, толстые усреднение по экорегионам и разным типам землепользования), зелёный — лесные, бурый нелесные. H.-I. То же самое, что G, но применительно к пожарам, вызванным молниями и человеком.

Примечание. Видим гораздо более сильное последействие волн жары в лесных экорегионах по сравнению с нелесными для Н, и его отсутствие в нелесных регионах в I.

Источник Kalashnikov et al., 2024.

Эти засушливые периоды сильной жары, по-видимому, особенно эффективно способствуют увеличению активности лесных пожаров. Наряду с давним дефицитом пожаров, возникшим из-за практики быстрого тушения пожаров вместо того, чтобы позволять небольшим пожарам сжигать накопившуюся мортмассу, эти факторы повысили вероятность возникновения крупных пожаров на Западе.

Различия во влиянии на горимость сухих vs влажных волн жары (первые определяются по минимальной относительной влажности воздуха во время волны, <нижнего 25го перцентиля, вторые по максимальной, >75го перцентиля). А-С. Те же параметры пожарной опасности, что на рис. 3А.-С., но для  сухих волн жары. D.-F. Они же для влажных волн жары. G.-H. Долговременные изменения числа сухих и влажных волн жары в лесных (зелёный) и небесных (бурый) экорегионах, быстрый рост первых контрастирует с постоянством вторых, из-за чего средняя влажность одного дня жары в целом снижается (I). Различия трендов G-H значимы по двустороннему t-критерию. 

Источник Kalashnikov et al., 2024

В прогнозах лесных пожаров уже учитываются такие факторы, как ветер, влажность и сухость топлива, но обычно они не включают в себя периоды сильной жары. Работа Kalashnikov et al., 2024 показывает, что периодам сильной жары следует уделять больше внимания, поскольку это не просто периоды некомфортной и порой смертельно опасной погоды, но и все более важные факторы, повышающие риск возникновения лесных пожаров.

 Примечания