CC BY
93
способы лесовосстановления и очередность их назначения: сохранение g подроста и тонкомера, посадка сеянцев сосны в борозды. |
I
си
<11
Библиографический список |
си
1. Биоразнообразие животного и растительного мира Сибири. Электрон- i ный атлас // Электронная библиотека Сибирского отделения РАН. URL: § http://www.sbras.ru/win/elbib/bio/green/61.html (дата обращения: 3.04.2015). S
2. Васильева А.М. Забытый Курган. Курган, 1997. 5
3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды | Российской федерации в 2013 году» // Министерство природных ресурсов о" и экологии Российской Федерации. URL: http://www.mnr.gov.ru/regulatory/ list.php?part=1683 (дата обращения: 13.03.2015).
4. Гриднев Д.З. Природно-экологический каркас территории // Территория и планирование. 2011. № 1 (31).
5. Курган. URL: http://ekokgn.blogspot.be (дата обращения: 5.05.2015).
6. Николаев В.А., Авессаломова И.А., Чижова В.П. Природно- антропогенные ландшафты: городские, рекреационные, садово-парковые. М., 2011.
7. Николаев В.А., Казаков Л.К., Украинцева Н.Г. Природно-антропогенные ландшафты: промышленные и транспортные. Геоэкологические основы ландшафтного строительства. М., 2013.
8. Редкие и исчезающие животные и растения, памятники природы и заказники Курганской обл. / Стариков В. П.. и др. Челябинск, 1989.
Е.А. Карфидова, В.И. Ерошенко
Анализ динамики пожарной опасности лесов Московской области по данным оперативного мониторинга
В статье раскрыты методические подходы к анализу динамики распространения пожаров на основе статистики лесных пожаров Московской области. Рассмотрены основы формирования компетенций, связанных с использованием ГИС-технологий для решения задач распознавания тепловых аномалий, пространственно-временного анализа их распространения, выявления условий
-
74
возникновения и развития лесных пожаров у студентов направления подготовки «Экология и природопользование» МГГУ им. М.А. Шолохова. Информационное обеспечение задачи строится на основе формирования научно-информационного фонда с помощью веб-технологий путем интеграции данных дистанционного зондирования по оперативному мониторингу пожаров, погодных условий и цифровой модели рельефа.
Ключевые слова: экологический мониторинг, лесные пожары, данные дистанционного зондирования, геостатистический анализ, оценка пожарной опасности лесов.
Наиболее острой экологической проблемой Московской агломерации является катастрофическое состояние лесопаркового защитного пояса. В результате реформирования лесной отрасли ослаблены правовые нормы лесоустройства, при слабой экономике отрасли и бедных бюджетах муниципальных образований возрастает деградация лесопаркового защитного пояса, фактически утратившего свой статус. В изучении сложившейся экологической ситуации имеют большое значение лесные пожары.
Еще в 2002 г. в Государственном докладе о состоянии окружающей среды в Московской области [4] говорилось, что в отдельные годы сильных лесных пожаров на большей части территории Московской области наблюдается атмосферное явление, квалифицируемое как мгла - сильное помутнение воздуха, обусловленное наличием в нем взвешенных частиц пыли, промышленного дыма, гари от лесных и торфяных пожаров, при этом видимость в городах региона из-за мглы ухудшилась до 200-500 м. В периоды пожаров увеличиваются концентрации вредных веществ в атмосфере (оксида углерода, бенз(а)пирена, формальдегида, диоксида азота и суммарных углеводородов). Длительность таких периодов в отдельные годы позволяет говорить о серьезном ущербе, наносимом здоровью населения.
Лето 2010 г. надолго запомнится жителям Европейской России. В условиях экстремальной жары и засухи лесные и торфяные пожары охватили сотни тысяч гектаров. По официальным данным, на 25 августа 2010 г. в России в результате лесных пожаров было полностью или частично уничтожено 147 населенных пунктов (не считая дачных поселков), сгорело около 2,5 тыс. жилых домов. Общее число погибших на пожарах составило более 60 человек, а общий материальный ущерб - 85,5 млрд
руб. [1; 2].
Площадь, пройденная огнем, исчисляется миллионами гектаров, причем даже официальные оценки существенно различаются: 2,1 млн. га - по данным Рослесхоза, не менее 3 млн. га - по данным ФГУ «Авиалесоохрана»,
около 6 млн. га - по данным Института космических исследований РАН. g Десятки миллионов людей оказались в зонах сильного задымления [1]. | В 2010 г. чрезвычайная ситуация в связи с лесными пожарами была объ- | явлена в Московской, Владимирской, Рязанской, Воронежской, Нижего- | родской областях, республиках Марий Эл и Мордовия. &
После 2010 г. научная активность в решении проблемы пожарной о опасности лесов России резко возросла. Увеличилось количество иссле- § дований, проводимых лидером отрасли в области геоинформационных § технологий и методов дистанционного зондирования Земли информаци- | онно-технологическим центром «СканЭкс», ведущими университетами, 5 Русским географическим обществом, неформальными некоммерческими сообществами специалистов, в числе которых наиболее значимую роль играет «GIS-Lab» - неформальное сообщество специалистов в области ГИС и данных дистанционного зондирования. Также получили развитие лесная программа Всемирного фонда дикой природы (WWF) и Международный проект «Интенсивное и устойчивое лесопользование в России». Проект осуществляется в партнерстве с неправительственными организациями «Прозрачный мир», Всемирный фонд дикой природы, Институт мировых ресурсов (WRI), ИТЦ «СканЭкс».
Информационные ресурсы указанных организаций и проектов существенно дополнили теоретико-методические основы курсов «Экологический мониторинг» и «ГИС в экологии и природопользовании», которые реализуются для студентов факультета экологии и естественных наук Московского государственного университета им. М.А. Шолохова. В этой связи на кафедре экологии и наук о Земле МГГУ им. М.А. Шолохова создан и пополняется научно-информационный фонд по проблеме лесных пожаров Московской области, основу которого составили научно-математические и информационные материалы «GIS-Lab».
Проблема лесных пожаров имеет глобальное значение, и мировое сообщество разрабатывает методы дистанционного зондирования, позволяющие в оперативном режиме локализовать распространение тепловой аномалии (Thermal Anomalies / Fire), обнаружить возгорание и определить участки сгоревших площадей (burned areas); создаваемые геопорталы предоставляют сведения для использования как в режиме онлайн, так и в виде архива данных. Первым наиболее значимым результатом в этой области явилась работа Университета штата Мэриленд «The Fire Information for Resource Management System» (FIRMS), получившая поддержку Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), на основе которой появился новый ресурс Global Fire Information Management System (GFIMS) и развиваются
-Y
76
.J
g современные геопорталы, в том числе силами отечественной фирмы g «СканЭкс», Институтом космических исследований Российской Акаде-^ мии наук (ИКИ РАН), ФГУ «Авиалесоохрана» в рамках Информацион-I ной системы дистанционного мониторинга.
При изучении курса «Экологический мониторинг» для погружения § в проблему лесных пожаров студентам предлагается, в первую оче-ш редь, ознакомиться с отечественными и зарубежными информационны-I ми ресурсами, проектами с целью сохранения лесов, с тематическими ° сайтами и геопорталами. Организация научно-исследовательской рабо-S ты основывается на интеграции курсов «Экологический мониторинг» 0 и «ГИС-технологии в экологии и природопользовании» и инновационных методов использования веб-технологий экологического мониторинга.
Знакомство с данными дистанционного зондирования по лесным пожарам студенты начинают с данных камеры MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) Thermal Anomalies/Fire (MOD 14), производимую спутниками Terra и Aqua (высота орбиты (перигей-апогей) 654685 км). Развитие традиционных методов экологического мониторинга в борьбе с лесными пожарами опирается на геостатистический анализ данных по тепловым аномалиям и гарям за достаточно представительный временной период. Результаты анализа при совместном рассмотрении совокупности природно-географических и погодных условий позволяют разрабатывать модели возникновения лесных пожаров.
Погодные условия для задач экологического мониторинга и анализа динамики лесных пожаров получаются с полярно-орбитальных ИСЗ серии NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, США), являются основным космическим звеном метеорологических служб всего мира. Орбита спутников - солнечно-синхронная, т.е. каждые сутки спутник проходит над любой территорией примерно в одно и то же местное время. Высота орбиты - около 800 км. Основной объем информации составляют данные сканирующего радиометра AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer),
Участие в геоконкурсе GIS-Lab в 2011 г. позволило с наименьшими по времени затратами получить статистику по тепловым аномалиям (Thermal Anomalies / Fire) и сгоревшим площадям за период 2000-2010 гг. на территорию Московской области, в развитие фонда собирались наиболее интересные космические снимки метеорологических условий.
В результате научно-исследовательской работы, проводимой кафедрой экологии и наук о Земле, были собраны геоинформационные ресурсы, которые служат основой лабораторного практикума по анализу динамики пожаров на территории Московской области.
В рамках лабораторного практикума студенты:
- осуществляют загрузку новых данных дистанционного зондирования и добавляют к архивным новые данные дистанционного зондирования;
- решают задачи перепроецирования данных дистанционного зондирования в географических координатах в метрическую местную систему координат;
- рассчитывают число повторений тепловых аномалий и гарей за весь период исследования,
- составляют тематические карты по тепловым аномалиям и сгоревшим территориям (гарям).
Реализуя ГИС-проект, студенты имеют возможность просмотреть места повторения пожаров с помощью модуля Do Google Earth, который вызывает модуль «Планета Земля».
При работе с данными дистанционного зондирования необходимы и полевые работы. В 2011 г. инициативная группа студентов МГГУ им. М.А. Шолохова выезжала в Луховицкий район Московской области для обследования одних из самых больших площадей пожаров 2010 г. [5]. Выявлено, что, во-первых, динамика общих площадей тепловых аномалий и сгоревших площадей имеют тенденцию к увеличению. Во-вторых, в распространении лесных пожаров в Московской области имеет место довольно частое повторение локализации пожара.
Изучение динамики пожарной опасности лесных пожаров опирается на пространственно-временной геостатистический анализ соотношения тепловых аномалий и гарей на основе данных MODIS за период 2001-2013 гг. Статистико-вероятностная оценка пожарной опасности по данным тепловых аномалий, в результате которых возникает гарь, предлагается рассчитывать для каждого района по формуле:
Ute
p = j-,
P USta
где числитель - сумма площадей гарей Sg, совпадающих с тепловыми аномалиями, за весь период исследования на территории района; знаменатель - сумма площадей тепловых аномалий Sta, совпадающих с тепловыми аномалиями, за весь период исследования на территории района.
Результаты расчетов показали большой разброс оценок от 0,04 до 0,25, распределение оценок по территории Московской области характеризуется логнормальным законом.
В полной модели пожарной опасности леса необходимо учитывать факторы сухой и ветреной погоды и влажности почвы. Влажность почвы на предварительной стадии научно-исследовательской работы
учитывается по пониженным зонам цифровой модели рельефа, болотам и заболоченным землям, близости к рекам. На основе данных радарной топографической съемки (SRTM) создана цифровая модель рельефа с ячейкой сетки 100 м.
Полученные оценки могут быть использованы в прогнозе оценок пожарной опасности лесов районов московской области.
Наибольшие оценки возникновения пожаров из тепловых аномалий (0,15-0,20) и повторяемость пожаров характерна для восточных, юго-восточных и южных районов Московской области, на территории которых присутствуют торфяные болота, ведутся торфоразработки и много брошенных торфоразработок.
В методах анализа динамики пожарной опасности лесов также используются данные по изменению покрытия земли в виде площадей, занятых лесами, Land Cover / Change (MOD12), в дальнейшем предстоит освоить другие данные базы данных MODIS Земная поверхность (Land), в числе которых Surface Réflectance (M0D09); Land Surface Temperature and Emissivity (M0D11); Vegetation Indices (M0D13); Leaf Area Index/Fraction of Photosynthetically Active Radiation (M0D15); Net Primary Vegetation Production (M0D17); Vegetation Conversion/Continuous Fields (M0D44).
В задаче моделирования риска лесных пожаров важнейшее значение имеют определение вида пожара: подземного (Graund Fire), приземного (Surface Fires) и поверхностного (Crown Fires), - и глубинных причин возникновения возгорания: топлива, кислорода и тепла, что в принципе возможно только на основе систематических геоэкологических исследований.
Развитие методологии моделирования лесных пожаров по данным дистанционного зондирования M0DIS и мировой опыт [6] позволяет говорить о возможности построения модели риска лесоторфяных пожаров. Наряду с широко применяемым индексом NDVI, используя индексы яркости (Brightness) и температуры (Temperature), предлагается рассчитывать:
- индекс растительных условий (Vegetation Conditions Index) по формуле:
(NDVI - NDVI )
VCI- —-_man_ x100-
V CI = (NDVI - NDVI ) X100;
v max mm7
- по аналогичной формуле - индекс температурных условий (Temperature Conditions Index);
- индекс здоровья растительности (Vegetation Health):
(VCI - TCI )
vh --2—min x100.
Индексы должны рассчитываться по декадам за несколько лет с выборкой максимальных/минимальных значений.
Но наряду с развитием методов анализа и моделирования лесных пожаров, необходимо рассмотреть положения системы территориального планирования, которое по своему предназначению в реализации стратегических планов социально-экономического развития территории призвано учитывать природно-географические условия и сложившуюся экологическую ситуацию [7].
Существенным недостатком территориального планирования в части требований к описанию и представлению объектов территориального планирования является неполнота раздела 50 «Описание и отображение территорий, подверженных риску возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [3]. Дело в том, что в большинстве стран СНГ (Белоруссии, Казахстане, Украине) состояние повышенной пожарной опасности леса является чрезвычайной ситуацией [1], в то время как в Российской Федерации повышенная пожарная опасность лесов как источник возникновения чрезвычайных ситуаций не учитывается.
Выводы и предложения
1. Научно-информационный фонд кафедры экологии и наук о Земле МГГУ им. М.А. Шолохова на основе собрания данных дистанционного зондирования МОБШ и созданных геоинформационных ресурсов позволяет увеличить возможности проведения научно-исследовательских работ, связанных с анализом динамики пожарной опасности лесов Московской области, и студенты имеют возможность принимать активное участие в этой работе.
2. В рамках проводимой научно-исследовательской работы разрабатываются: лабораторный практикум тематического картографирования тепловых аномалий и гарей, методы использования и анализа цифровой модели рельефа и методы оценки пожарной опасности лесов. Результаты расчетов могут быть использованы в прогнозе пожарной опасности лесов по районам Московской области.
3. При разработке региональной модели территориального планирования следует уделять особое внимание территориям повышенной пожарной опасности лесов, а также учитывать такие территории как источник возникновения чрезвычайных ситуаций в предложениях по составу и классификации объектов в Правилах ведения Федеральной государственной информационной системы территориального планирования.
Библиографический список
1. Григорьев А.Ю., Захаров В.П., Шматков Н.М. Государственная система охраны лесов от пожаров // Примеры зарубежного опыта устойчивого
лесоуправления и лесопользования: Сб. ст. / Под общ. ред. Н. Шматкова. М., 2012. С. 9-22.
2. Заключение Общественной комиссии по расследованию причин и последствий природных пожаров в России в 2010 г. URL: http://www.yabloko.ru/ mneniya_i_publikatsii/2010/09/14 (дата обращения: 7.01.2015).
3. Об утверждении требований к описанию и отображению в документах территориального планирования объектов федерального значения, объектов регионального значения, объектов местного значения. Приказ Министерства регионального развития РФ от 30.01.2012 № 19.
4. О состоянии окружающей среды Московской области в 2002 г. Государственный доклад / Под ред. Н.В. Гаранькина, Н.Г. Рыбальского и В.В. Снаки-на. М., 2003.
5. Открытое образование: научно-исследовательская практика под руководством доцента Института геоэкологии им.Е.М. Сергеева РАН // Официальный сайт МГГУ им. М.А. Шолохова. URL: http://mggu-sh.ru/eco/news/08-12-11/ otkrytoe-obrazovanie-nauchno-issledovatelskaya-praktika-pod-rukovodstvom-dotsenta- (дата обращения: 7.01.2015).
6. Binti Mohd Hassan A.H. Early Detection of potential forest fires using satellite remote sensing techniques // A thesis submitted in fulfillment of the requirements for the award of the degree of master of science (remote sensing) faculty оf geoinformation science and engineering. 2008. July.
7. Karfidova E.A., Sizov A.P. Geoenvironmental researches and land management in the spatial planning of Moscow agglomeration // IAEG. 2011.
М.Н. Петрушина
Влияние лавинной и селевой активности на современное состояние ландшафтов Западного Кавказа
На основе полевых исследований, анализа дистанционного материала, повторных наблюдений на модельных участках выявлены особенности активности селевых потоков и лавин в бассейне р. Теберда (Западный Кавказ) в XXI в. и их влияние на ландшафты. Установлена активизация схода селей небольших объемов в среднегорных лесных ландшафтах преимущественно антропогенного
