Wysokorozdzielczy system prognozowania zagrożenia pożarowego lasu

Opracowanie: dr Alan Mandal, IMGW-PIB CMM

Wysokorozdzielczy system prognozowania zagrożenia pożarowego lasu

W stycznia 2021 roku IMGW-PIB udostępnił testowy system prognozowania zagrożenia pożarowego dedykowany terenom leśnym. Prognozy wykonywane są dla całej Polski na siatce o rozdzielczości przestrzennej 2.5 x 2.5 km. Zagrożenie pożarowe prognozowane jest raz dziennie na godzinę 12 UTC z wyprzedzeniem czasowym wynoszącym 24 i 48 godzin. Jest to pierwszy w Polsce system prognozowania zagrożenia pożarowego lasu w wysokiej rozdzielczości przestrzennej z tak długim horyzontem czasowym.

System prognozowania zagrożenia pożarowego lasów opracowano w Zakładzie Analiz Meteorologicznych i Prognoz Długoterminowych w strukturach Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB. Dane meteorologiczne niezbędne do obliczeń zasilane są z numerycznego modelu pogodowego WRF METEOPG2.5km, który rozwijany jest wspólnie przez IMGW-PIB i Politechnikę Gdańską. Zasadność podjętych prac i badań umotywowana była wysoką i niemalejącą od wielu lat w Polsce liczbą pożarów w lasach, która w związku z prognozowanymi globalnymi zmianami klimatycznymi może w przyszłości wzrastać.

W ostatnich kilkunastu latach obserwuje się stopniowe zaburzenia systemu klimatycznego, które powodują wzrost niebezpiecznych zjawisk meteorologiczno-hydrologicznych, a co za tym idzie i zagrożenia pożarowego lasów w Polsce. W 2019 roku Polska znalazła się na 3 miejscu w Europie pod względem liczby pożarów na terenach leśnych. Aby minimalizować wyrządzane przez pożary straty środowiskowe i społeczno-ekonomiczne, niezbędne jest rozwijanie i udoskonalanie systemów prognozowania zagrożenia pożarowego. Kluczowe znaczenie warunków meteorologicznych w ocenie zagrożenia pożarowego oraz możliwość wykorzystywania wysokorozdzielczych numerycznych modeli pogodowych w jego prognozowaniu, zobowiązuje IMGW-PIB do wyjścia naprzeciw rosnącemu zapotrzebowaniu.

Udostępniony przez IMGW-PIB wysokorozdzielczy system prognozowania zagrożenia pożarowego opracowano na podstawie kanadyjskiego systemu Fire Weather Index (FWI)[1], który jest najpowszechniej stosowanym na świecie systemem służącym do oceny zagrożenia pożarowego na obszarach leśnych. W skład systemu IMGW-PIB wchodzi sześć wskaźników (rys. 1) obliczanych codziennie na podstawie danych meteorologicznych z godziny 12 UTC (prędkość wiatru, temperatura i wilgotność powietrza, suma opadów atmosferycznych):

Wskaźnik wilgotności drobnych materiałów palnych (FFMC) – wskaźnik oceniający zawartość wody w górnej warstwie ściółki leśnej (1-2 cm głębokości) oraz w innych drobnych materiałach palnych (liście, małe gałązki); wskaźnik ocenia również względną łatwość zapłonu.

Wskaźnik wilgotności średnich materiałów palnych (DMC) – wskaźnik oceniający zawartość wody w warstwie częściowo rozłożonej ściółki leśnej (5-10 cm głębokości) oraz w średniej wielkości materiałach palnych (gałęzie); wskaźnik oceniać może względną łatwość zapłonu na skutek wyładowań atmosferycznych.

Wskaźnik wilgotności dużych materiałów palnych (DC) – wskaźnik oceniający zawartość wody w głębszych i zwartych warstwach organicznych gleby (10-20 cm głębokości) oraz w większych materiałach palnych (pnie drzew); wskaźnik informować może o ewentualnych trudnościach w dogaszaniu pożarów (tzw. mop-up).

Wskaźnik szybkości rozprzestrzeniania się ognia (ISI) – wskaźnik oceniający prawdopodobną szybkość rozprzestrzeniania się ognia we wczesnej fazie pożaru po wystąpieniu zapłonu (na podstawie wskaźnika FFMC i prędkości wiatru).

Wskaźnik dostępności materiałów palnych (BUI) – wskaźnik oceniający prawdopodobną ilość dostępnych (suchych) materiałów palnych do spalania po wystąpieniu zapłonu (na podstawie wskaźników DMC i DC).

Wskaźnik ogólnego zagrożenia pożarowego (FWI) – wskaźnik oceniający ogólne zagrożenie pożarowe lasu oraz prawdopodobną intensywność pożaru po wystąpieniu zapłonu (na podstawie wskaźników ISI i BUI).

Rys. 1. Schemat systemu prognozowania zagrożenia pożarowego lasu IMGW-PIB (na podstawie kanadyjskiego systemu Fire Weather Index)

Wskaźniki oceniają zagrożenie pożarowe występujące w lesie w godzinach popołudniowych (między 12 a 14 UTC). Zagrożenie pożarowe określane jest w nich za pomocą wyznaczonych i stosowanych przez EFFIS[2] klas zagrożenia: bardzo niskie, niskie, średnie, wysokie, bardzo wysokie, ekstremalne[3].

Wysokorozdzielczy system IMGW-PIB generuje codziennie prognozę dla wszystkich wskaźników z 24- i 48-godzinnym wyprzedzeniem czasowym. Obliczenia wykonywane są po godzinie 12 UTC na podstawie najnowszych danych wygenerowanych przez numeryczny model pogodowy WRF METEOPG2.5km. W systemie dodatkowo udostępniana jest prognozowana na godzinę 12 UTC wartość wilgotności i temperatury gleby (na głębokości 0-10 cm). Prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru w lesie przy wysokiej wilgotności gleby i niskiej jej temperaturze jest niemal zerowe.

Przeprowadzone symulacje systemu dla sezonu pożarowego[4] w 2019 roku wykazały bardzo wysoką zgodność obliczeń wykorzystujących 24- i 48-godzinne prognozy z modelu WRF METEOPG2.5km z obliczeniami wykorzystującymi rzeczywiste pomiary meteorologiczne z sieci stacji naziemnych IMGW-PIB. Wykonane analizy wykazały również wysoką korelację pomiędzy prognozowanym zagrożeniem pożarowym (wskaźnik FWI) a zaobserwowanymi w tym okresie pożarami (rys. 2). Niewątpliwą zaletą systemu okazała się możliwość prognozowania dni z ekstremalnym zagrożeniem pożarowym, czego idealnym przykładem są prognozy wskaźnika ogólnego zagrożenia pożarowego (FWI) na 23 kwietnia 2019 roku (rys. 3). W ten dzień ze względu na długotrwałą suszę na północy kraju i niecodzienne silne wiatry znad Sahary zanotowano rekordową w tym roku liczbę pożarów lasów w Polsce.

Pomimo że system potrzebuje dalszych weryfikacji i udoskonaleń, obiecujące wyniki analiz z 2019 roku skłoniły IMGW-PIB do podjęcia decyzji o udostępnieniu i upublicznieniu produktu w wersji testowej. Wysokorozdzielcze prognozy zagrożenia pożarowego stanowić mogą wsparcie dla działalności polskich służb pożarniczych i właścicieli terenów leśnych oraz być źródłem bogatej informacji dla naukowców i innych zainteresowanych odbiorców.

Rys. 2. Liczba pożarów lasów a prognozowana dla Polski średnia wartość wskaźnika FWI (ogólne zagrożenie pożarowe). Źródło danych o pożarach: Państwowa Straż Pożarna

Rys. 3. Pożary lasów zaobserwowane 23 kwietnia 2019 roku na tle wysokorozdzielczej prognozy wskaźnika FWI (ogólnego zagrożenia pożarowego) na ten dzień z 22 i 21 kwietnia 2019 roku. Źródło danych o pożarach: Państwowa Straż Pożarna

Opracowano w Centrum Modelowania Meteorologicznego: prof. Mariusz Figurski, dr inż. Grzegorz Nykiel, dr Alan Mandal, Tomasz Strzyżewski, Weronika Wrońska, dr inż. Marta Gruszczyńska

  1. Canadian Forest Fire Weather Index System – https://cwfis.cfs.nrcan.gc.ca/background/summary/fwi ↑

  2. European Forest Fire Information System – https://effis.jrc.ec.europa.eu/about-effis/technical-background/fire-danger-forecast ↑

  3. klasa ekstremalna stosowana jest tylko w przypadku wskaźnika FWI ↑

  4. sezon pożarowy w Polsce rozpoczyna się 1 marca i trwa do 30 września ↑

Udostępnij