CC BY
18
УДК 502.63 DOI: 10.34736/FNC.2020.110.3.003.17-22
Динамика пожаров в пойменных ландшафтах Нижнего Дона по данным MODIS
С.С. Шинкаренко12, к. с.-х. н., shinkarenkos@vfanc.ru, А.Н. Берденгалиева2, Н.М. Иванов2,
1 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), e-mail: info@vfanc.ru, г. Волгоград, Россия 2Волгоградский государственный университет, г. Волгоград, Россия
В статье исследуются пространственные, сезонные и многолетние закономерности динамики выгоревших площадей в пойме Нижнего Дона. Эта территория имеет огромное прирородоохран-ное и хозяйственное значение. После постройки Цимлянского гидроузла именно здесь сосредоточены нерестилища полупроходных и проходных рыб бассейна Азовского моря. Авторы используют многолетний архив данных по материалам автоматизированной идентификации выгоревших площадей на основе спектрорадиометра MODIS (спутники Terraи Aqua) за 2001-2019 гг., а также методы геоинформационной обработки. На основе пространственного анализа и оверлейных операций определены величины выгоревших площадей на двенадцати основных займищах поймы в нижнем течении Дона. Показано, что общая выгоревшая площадь за период исследований превысила 150 тыс. га, что составляет примерно полови-
Пойма и дельта Нижнего Дона являются водно-болотными угодьями международного значения, защищаемыми Рамсарской конвенцией [8]. Территория чрезвычайно важна как в природоохранном, так и в хозяйственном аспектах. Здесь расположены важнейшие нерестилища Азовомор-ского бассейна [3], многочисленны рыбные хозяйства, орошаемые земли, сенокосы. Вследствие перераспределения водных ресурсов Цимлянского водохранилища в пользу судоходства и сельского хозяйства сократилась вероятность организации рыбохозяйственных попусков воды. В то же время пойма Дона остается привлекательным место для рекреации, по данным ряда исследователей [6], ежегодно эту территорию посещают не менее 160200 тыс. человек. Пойменные леса и тростниковые крепи служат местом гнездования редких птиц и убежищем для множества животных. В последние десятилетия наблюдается маловодный период на Дону, в результате пойма практически не заливается [4]. Гидрологические и климатические изменения ведут к деградации пойменных экосистем [5]. Стоит отметить, что эта тенденция характерна не только для донской поймы, но и для низовьев других крупных рек, например, Волги и Сырдарьи [11, 12]. Кроме указанных факторов на состояние наземных пойменных экосистем оказывают влияние регулярные ландшафтные пожары, которые являются экзогенным фактором динамики расти-
ну всех пойменных земель Нижнего Дона. Авторы установили, что большая часть выгоревших площадей приходится на август и сентябрь, также значительные площади в дельте бывают пройдены огнем в марте и апреле. Констатируется, что наибольшая повторяемость пожаров за период исследований составила 10 сезонов, причем более четверти всей территории была пройдена огнем два и более раза. Разработанные электронные карты могут быть использованы для оптимизации мероприятий противопожарной профилактики в исследуемом регионе.
Ключевые слова: ландшафтные пожары, мониторинг, пойма, Нижняя Волга, Нижний Дон, геоинформационные технологии, дистанционное зондирование Земли.
Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для поддержки молодых ученых - кандидатов наук МК-321.2019.5.
тельности. В начале XXI в. ландшафтные пожары участились по всему югу нашей страны [1,7, 9, 10, 13]. Оценка пожарного режима пойменных ландшафтов Нижнего Дона является актуальной задачей для понимания динамики состояния наземных экосистем.
Материалы и методика исследований. Основой для исследований послужил массив данных о выгоревших площадях Fire CCI версии 5.1, разрабатываемый Европейским космическим агентством в рамках Инициативы по изучению изменения климата (https://www.esa-fire-cci.org/Fire CCI 51). Текущая версия этого информационного продукта выпущена в ноябре 2018 г., временной охват - 2001-2019 гг. Данные основаны на спект-розональных спутниковых снимках MODIS пространственным разрешением 250 м и массиве данных детектирования активного горения MOD/ MYD14A1 разрешением около 1000 м. Кроме того, доступны гридированные данные разрешением 0,25°. В атрибутивных данных выгоревших пикселей содержится следующая информация: дата первого обнаружения гари (от 1 до 365 - дата выгорания, 0 - для негоревших территорий, -2 - для территорий, которые не могут гореть, например, водные объекты, выходы горных пород, открытая почва, вечные льды и снега), достоверность (от 0 до 100%), тип земного покрова, на котором расположена гарь. Данные представляются в виде ме-
сячных композитов.
Композиты выгоревших площадей Fire CCI были загружены с официального сайта в формате Geo TIFF. После чего обрезаны по маске границ исследуемого региона. Далее данные были скон-вертированы в векторный формат, и с помощью выборки по атрибутам оставлены достоверные выгоревшие площади.
Пойменные земли Нижнего Дона общей площадью более 300 тыс. га разделены на 12 займищ: 1 - дельта Дона, 2 - Койсугское, 3
- Ольгинское, 4 - Аксайское, 5 - Манычское, 6
- Сусатско-Подпольненское, 7 - Сальское, 8 -Кочетовское, 9 - Кагальницкое, 10 - Сухо-Кум-шакское, 11 - Дубенцовское, 12 - Задоно-Ка-гальницкое) [2, 3]. Границы займищ приводятся согласно работам Дубининой В.Г. и Жуковой С.В. [2, 3]. Геоинформационный слой выгоревших площадей был пересечен слоем с границами займищ, это позволило определить площади гарей и оценить их динамику для каждого займища (рис. 1).
1 1 Границы займищ 2010
Год пожара 2011
Ш 2001 2012
H 2002 ш 2013
■ 2003 ш 2014
Ш 2004 ■ 2015
Ш 2005 ■ 2016
2006 ■ 2017
2007 H 2018
2008 ш 2019
2009
0 10 20 30 40 км
ш_^_1
Рисунок 1 - Пространственно-временное распределение выгоревших площадей в пойме р. Дон в 2001-2019 гг. (1-12 - займища, см. подпись к табл. 1)
Рисунок 2 - Сезонное распределение выгоревших площадей в пойме р. Дон в 2001-2019 гг. (1-12 - займища, см. подпись к табл. 1)
С помощью оверлейных операций определена повторяемость ландшафтных пожаров для каждого займища. Вся геоинформационная обработка выполнена в программе QGIS, статистический
В среднем в год выгорает 16,9 тыс. га пойменных земель. Наибольшие площади гарей отмечены в 2008 (45,7 тыс. га), 2006 (36,8 тыс. га) и 2005 гг. (31,4 тыс. га), что составляет 10-15% всей площади донской поймы и дельты.
Наибольшие выгоревшие площади характерны для дельты Дона, Аксайского и Сусатско-Подполь-ненского займищ. Это наиболее крупные поймен-
анализ произведен в Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. В таблице 1 приведены величины выгоревших площадей в границах займищ Нижнего Дона.
ные массивы, поэтому и выгоревшие площади здесь максимальны. Безусловный интерес представляет анализ горимости (доля гарей в общей площади территории) изучаемых ландшафтов. Самой большой горимостью характризуется Сусатско-Подпольненское займище, в среднем 10,3% в год, далее следует дельта Дона (7,7%), Аксайское (6,9%), Койсугское (6%) и Ольгинское займища (5,3%).
Таблица 1 - Динамика выгоревших площадей на займищах Нижнего Дона (займища: 1 - дельта Дона, 2 - Койсугское, 3 - Ольгинское, 4 - Аксайское, 5 - Манычское, 6 - Сусатско-Подпольненское, 7 - Сальское, 8 - Кочетовское, 9 - Кагальницкое, 10 - Сухо-Кумшакское, 11 - Дубенцовское, 12 - Задоно-Кагальницкое)
Год Выгоревшая площадь, тыс. га
Займища
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 2,2 0,3 0,1 2,2 0,4 3,1 1,3 3,0 0,4 1,0 1,8 1,2
2002 4,1 2,2 1,5 7,1 0,3 3,7 2,0 1,1 0,3 0,7 0,4 0,2
2003 1,9 1,0 0,0 0,9 0,0 2,1 0,0 0,0 0,9 0,0 0,1 0,4
2004 1,0 0,5 0,3 0,9 0,1 0,2 0,0 0,2 0,1 0,2 0,3 0,7
2005 2,8 1,5 2,8 10,4 0,4 9,1 1,3 0,7 0,4 0,4 0,8 0,8
2006 1,7 2,0 3,3 8,1 1,1 10,9 1,8 2,6 0,2 0,0 2,6 2,5
2007 3,6 2,9 2,5 3,0 0,6 1,2 0,2 0,4 0,4 0,6 2,2 0,9
2008 2,8 2,4 2,6 13,7 1,4 11,2 0,7 0,4 1,1 0,2 5,5 3,6
2009 4,7 0,4 0,2 0,7 0,1 1,1 0,5 0,1 0,9 0,3 0,6 0,6
2010 4,7 2,4 0,1 3,2 0,0 1,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,3
2011 1,2 0,3 0,9 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,2
2012 2,4 0,0 0,6 0,9 0,1 3,1 0,0 0,0 0,3 0,0 0,0 0,9
2013 2,1 0,4 0,0 1,1 0,2 0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 0,2
2014 1,6 1,0 1,5 3,5 1,0 9,2 0,1 0,2 0,6 0,2 1,8 0,9
2015 7,8 2,7 0,9 1,1 0,5 2,7 0,0 0,4 0,7 0,0 1,0 1,3
2016 1,5 0,5 0,7 0,6 0,0 1,3 0,2 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0
2017 5,6 3,4 0,3 4,3 1,3 7,3 0,4 0,2 0,6 0,0 2,7 1,3
2018 10,1 1,9 0,7 3,5 0,0 0,8 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4
2019 1,5 1,2 0,5 2,7 0,0 1,4 0,0 0,0 0,1 0,0 0,0 0,2
Среднее 3,3 1,4 1,0 3,6 0,4 3,7 0,5 0,5 0,4 0,2 1,1 0,9
Наибольшие выгоревшие площади на указанных выше займищах обеспечены не только их величиной (чем больше площадь участка, тем больше на нем пожаров), но и их повышенной горимостью. Это может быть связано со значительными площадями, занятыми тростниковыми зарослями в дельте Дона, которые выгорают ранней весной (рис. 2) и восстанавливаются в течение одного вегетационного сезона, низкой хозяйственной освоенностью в пойме р. Аксай, а также близким расположением крупных населенных пунктов, в том числе г. Ростов-на-Дону к Койсугскому и Ольгинскому займищам.
В результате повышенной рекреационной нагрузки здесь часто происходят пожары из-за неосторожного обращения с огнем.
Максимальная повторяемость составила 10 лет с пожарами за 2001-2019 гг. Всего в пойме Нижнего Дона за 19 лет выгорело примерно 150 тыс. га или 50% всей территории. Большая часть (85,8 тыс. га) была пройдена огнем более одного раза, из которых 41 тыс. га - дважды и 22 тыс. га - трижды. Максимальная повторяемость отмечена на участке всего в 4 га.
На Манычском и Сухо-Кумшакском займищах значительно преобладают территории, пройденные огнем только один раз, на остальных займищах участки, выгоревшие один раз или несколько раз, распределены примерно поровну. Наибольшая повторяемость пожаров отмечена на Сусатско-Подпольненском займище, где 75% гарей пройдено огнем более одного раза, а также в дельте Дона, где два раза и более пройдено огнем 65,5% всех выгоревших площадей. Кроме указанных займищ высокая повторяемость по-
В сезонном аспекте большая часть выгоревших площадей приходится на август (33,7%) и сентябрь (22,9%). По 10-13% гарей отмечается в марте, апреле и октябре. В феврале ландшафтные пожары случаются только в дельте. Наименьшая горимость характерна для мая и июня во время интенсивной вегетации растительности, максимальная горимость наблюдается в августе - в среднем 1,9% территории каждый год, достигая 3,8% в год на Сусатско-Подпольненском и 2,4% на Аксайском займищах.
В результате геоинформационной обработки картографических слоев выгоревших площадей получены данные о количестве пожаров на исследуемой территории (рис. 3).
жаров характерна для поймы в междуречье Аксая и Дона. На три этих займища приходится 54 % дважды выгоревших территорий, 64% - трижды, 73% - четырежды, 80-90% - пять и более раз. Здесь сосредоточены наиболее пожароопасные земли (тростниковые заросли, неиспользуемые орошаемые массивы, нескашиваемые луга и т.п.), где необходима оптимизация противопожарных мероприятий - противопожарные прокосы тростника, создание минерализованных полос и т.п. (таблица 4).
Выводы. За период 2001-2019 гг. пройдена огнем половина площади пойменных земель Нижнего Дона, причем большая часть выгоревших площадей пройдена огнем два и более раз, и только 44% горело один раз за исследуемый период.
Дельта Дона, Аксайское и Сусатско-Подполь-ненское займища являются наиболее пожароопасными: среднегодовая горимость здесь со-
Рисунок 3 - Повторяемость ландшафтных пожаров в пойме р. Дон в 2001-2019 гг. (номера займищ см. в подписи к табл. 1)
ставляет 7-10% территории, ежегодно в среднем выгорает более 3 тыс. га в каждом, при общей
Картографирование повторяемости ландшафтных пожаров позволило идентифицировать земли, на которых необходимо срочное принятие мер противопожарной профилактики: прокосов, минерализованных полос и т.п.
Литература:
1. Барталев С.А., Егоров В.А., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Стыценко Ф.В., Флитман Е.В. Оценка площади пожаров на основе комплексирования спутниковых данных различного пространственного разрешения MODIS и Landsat-TM/ETM+ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. -2012. - Т.9. - №2. - С. 9-26.
2. Дубинина В.Г. Требования рыбного хозяйства при управлении режимами водохранилищ // Экосистемы: экология и динамика.- 2019. - Т. 3. - № 1. - С. 67-97.
3. Жукова С.В. Обеспеченность водными ресурсами рыбного хозяйства Нижнего Дона // Водные биоресурсы и среда обитания. - 2020. - Т. 3. - № 1. - С. 7-19.
4. Киреева М.Б., Фролова Н.Л. Современные особенности весеннего половодья рек бассейна Дона // Водное хозяйство России. - 2013. - № 1. - С. 60-76.
5. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. Методика оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах в результате климатических и гидрологических изменений // Экосистемы: экология и динамика. -2017. - Т. 1. - № 3. - С. 146-188.
6. Мирзоян А.В., Жукова С.В., Подмарева Т.И., Лутын-ская Л.А., Фоменко И.Ф., Бурлачко Д.С., Карманов В.Г., Шишкин В.М., Куропаткин А.П. Современное состояние и пути реконструкции поймы Нижнего Дона // Сб. научных трудов. - 2015. - Т.1. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. - С. 327-335.
7. Павлейчик В.М. Широтно-зональная неоднород-
выгоревшей площади в пойме Нижнего Дона около 17 тыс. га.
ность развития травяных пожаров в Заволжско-Ураль-ском регионе. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. -2019. -2: 13c. [Электр. ресурс] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2019-2/ Articles/TAT-2019-2.pdf).
8. Схема комплексного использования и охраны водных объектов р. Дон. Кн. 1. Общая характеристика речного бассейна р. Дон. 2013. - 343 с.
9. Шинкаренко С.С. Пожарный режим ландшафтов Северного Прикаспия по данным очагов активного горения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т.16. - № 1. - С. 121-133.
10. Шинкаренко С.С.,Берденгалиева А.Н. Анализ многолетней динамики степных пожаров в Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т. 16. - № 2. - С. 98-110.
11. Kuzmina, Zh.V.; Shinkarenko, S.S.; Solodovnikov, D.A. Main Tendencies in the Dynamics of Floodplain Ecosystems and Landscapes of the Lower Reaches of the Syr Darya River under Modern Changing Conditions. Arid Ecosystems. - 2019. -V. 9. - 4 .- P. 226-236.
12. Kuzmina Zh.V., Treshkin S.E., Shinkarenko S.S. Effects of River Control and Climate Changes on the Dynamics of the Terrestrial Ecosystems of the Lower Volga Region // Arid Ecosystems. - 2018. - V. 8. - № 4. -P. 231-244.
13. Shinkarenko S.S., Doroshenko V.V., Berdengalieva A.N. Fire regime of landscapes in the Volgograd region according to remote sensing data // Advances in Engineering Research. Proceedings of the IV International Scientific and Practical Conference 'Anthropogenic Transformation of Geospace: Nature, Economy, Society' (ATG 2019). - 2020. - Vol. 191. - P. 269-273.
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
1 2 3 456789 10 количество пожаров: HI 2 ■ 3 1 4 И5 И6 17 18 19 ■ 10
11 12 Займища
Рисунок 4 - Распределение площадей займищ Нижнего Дона по количеству пожаров (1-12 -займища, см. подпись к табл. 1)
Dynamics of Fires in Lower Don Floodplain Landscapes According to MODIS Data
S.S. Shinkarenko12, K.S-Kh.N., shinkarenkos@vfanc.ru A.N. Berdengalieva2 N.M. Ivanov2
federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences» (FSC of Agroecology RAS), Volgograd, Russia
2Volgograd State University, Volgograd, Russia
The article researches the spatial, seasonal and long-term patterns of the burnt-out areas dynamics in the Lower Don floodplain. This area is of great nature conser-vation and economic importance. After the construction of the Tsimlyansk hydroelec-tric complex, the spawning grounds of semi-anadromous and anadromous fish of the Azov Sea basin are concentrated here. The authors use a long-term data archive on the materials of burned-out areas automated identification based on the MODIS spectroradiometer (Terra and Aqua satellites) for 2001-2019, as well as methods of geoinformation processing. On the basis of spatial analysis and overlay operations, the val-ues of the burned-out areas were determined in twelve major floodplain areas in the lower reaches of the Don. It was shown that the total area burned out during the research period exceeded 150 thousand hectares, which is about half of all the flood-plain lands of the Lower Don. The authors found that most of the burned-out areas fall on August and September, and significant areas in the delta are burned in March and April. It is stated that the highest frequency of fires during the research period was 10 seasons, and more than a quarter of the entire territory was covered by fire two or more times. The developed electronic maps can be used to optimize fire prevention measures in the region under study.
Keywords: landscape fires, monitoring, floodplain, Lower Volga, Lower Don, geoinformation technologies, remote sensing
Translation of Russian References:
1. Bartalev S.A., Egorov V.A., Efremov V.YU., Lupyan E.A., Stycenko F.V., Flitman E.V. Ocenka ploshchadi pozharov na osnove kompleksirovaniya sputnikovyh dannyh razlichnogo prostranstvennogo razresheniya MODIS i Landsat-TM/ETM+ [Fire area estimation based on combining satellite data of various spatial resolutions MODIS and Landsat-TM / ETM+ ] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. - 2012. -Vol. 9. - 2. - P. 9-26.
2. Dubinina V.G. Trebovaniya rybnogo hozyajstva pri upravlenii rezhimami vodohranilishch [The requirements of fisheries in the management regimes of reservoirs]// Ecosystems: ecology and dynamics. - 2019. - Vol. 3. - 1. - P. 67-97.
3. Zhukova S.V. Obespechennost' vodnymi resursami rybnogo hozyajstva Nizhnego Dona [Availability of water resources for the Lower Don fisheries] // Aquatic
bioresources and habitat. - 2020. - Vol. 3. - 1. - P. 7-19.
4. Kireeva M.B., Frolova N.L. Sovremennye osobennosti vesennego polovod'ya rek bassejna Dona [Modern features of the spring flood of the rivers of the Don basin] // Water management of Russia. - 2013. - 1. - P. 60-76.
5. Kuz'mina ZH.V., Treshkin S.E. Metodika ocenki narushenij v na-zemnyh ekosistemah i landshaftah v rezul'tate klimaticheskih i gidrologicheskih izmenenij [Methodology for assessing disturbances in terrestrial ecosystems and landscapes as a result of climate and hydrological changes // Ecosystems: ecology and dynamics, 2017. - Vol. 1. - 3. - P. 146-188.
6. Mirzoyan A.V., Zhukova S.V., Podmareva T.I., Lutynskaya L.A., Fomenko I.F., Burlachko D.S., Karmanov V.G., Shishkin V.M., Kuropatkin A.P. Sovremennoe sostoyanie i puti rekonstrukcii pojmy Nizhnego Dona [Current state and ways of reconstruction of the Lower Don floodplain // Sb. nauchnyh trudov. -2015.-T. 1. Petrozavodsk: Karel'skij nauchnyj centr RAN [Collection of scientific papers. - 2015. - Vol. 1. Petrozavodsk: Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - P. 327-335.
7. Pavlejchik V.M. SHirotno-zonal'naya neodnorodnost' razvitiya travyanyh pozharov v Zavolzhsko-Ural'skom regione. Byulleten' Orenburgskogo nauchnogo centra UrO RAN [Latitudinal-zonal heterogeneity of grass fires development in the Volga-Ural region. Bulletin of the Orenburg scientific center of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences. -2019. -2: 13p. [Electronic resource] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/ Numbers/2019-2/Articles/TAT-2019-2.pdf).
8. Skhema kompleksnogo ispol'zovaniya i ohrany vodnyh ob"ektov r. Don. Kn. 1. Obshchaya harakteristika rechnogo bassejna r. Don [Scheme of integrated use and protection of water bodies of the Don river. Book 1. General characteristics of the river basin of the Don river]. 2013. - 343 p.
9. Shinkarenko S.S. Pozharnyj rezhim landshaftov Severnogo Pri-kaspiya po dannym ochagov aktivnogo goreniya [/Fire Regime of landscapes of the Northern Caspian region according to the data of hotbeds of active burning] / Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. - 2019. - Vol. 16. - 1. - P. 121-133.
10. Shinkarenko S.S., Berdengalieva A.N. Analiz mnogoletnej dinamiki stepnyh pozharov v Volgogradskoj oblasti [Analysis of long-term dynamics of steppe fires in the Volgograd region] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. -2019. - Vol. 16. - 2. - P. 98-110.
