CC BY
53
УДК 631.9
ИДЕНТИФИКАЦИЯ СТЕПНЫХ ПОЖАРОВ ПО ДАННЫМ LANDSAT И MODIS
С. С. Шинкаренко, к. с.-х. н. - Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), Волгоград, Россия
Рассматривается возможность использования данных о сгоревших площадях MCD45A1 и тепловых аномалиях MOD14A1. Анализ продуктов MODIS и визуальное дешифрирование степных пожаров по снимкам Landsat показали, что MCD45A1 в сред-
Периодические степные пожары характерны для степной зоны и могут быть определены как локальный экзогенный фактор среды формирования степной растительности [2]. Пожары могут возникать как по вине человека, так и по естественным причинам. Наибольшее деструктивное действие на фитоценозы оказывают летние пожары. После палов во второй половине лета продуктивность степных и сухостепных фитоценозов снижается вдвое, растительные сообщества угнетены и на следующий год [4, 5, 6], как показывает опыт идентификации сгоревших площадей, продукты MODIS и автоматизированные системы мониторинга [1, 3]. По этой причине основой для работы послужили спутниковые снимки Landsat; данные о сгоревших площадях MODIS использовались для дополнительной верификации при дешифрировании космосним-ков. Для применения данных о пожарах MODIS необходимо определить их адекватность. Сравнение площадей согласно визуальному дешифрированию и данных MCD45A1 на примере Астраханской обл.
На рисунке 1 представлена гистограмма распределения активных очагов горения по декадам с 2001 по 2016 гг. Наибольшая доля очагов степных пожаров приходится на летние месяцы, с ярко выраженным пиком во второй декаде июля. В это время в регионе устанавливаются максимальные температуры, минимум осадков, что приводит к легкой
нем охватывает только 40% сгоревших площадей. Данные MOD14A1 позволяют более адекватно производить дешифрирование гарей.
Ключевые слова: ландшафтные пожары, MODIS, Landsat, ГИС
является целью данного исследования.
Материалы и методика исследований. В работе использованы материалы спектрорадиометра MODIS - продукты MCD45A1 и MOD14A1, содержащие данные об активных очагах горения и уже сгоревших территориях. Данные поставляются в синусоидальной проекции в формате hdf. На первом этапе была осуществлена конвертация в GeoTIFF с одновременным перепроецированием в проекцию UTM средствами Modis Reprojection Tool. Последующая векторизация и геоинформационная обработка данных осуществлялась в среде QGIS 2.18. Динамика пожаров оценивалась за период 1997-2016 гг. Даты спутниковых снимков Landsat подбирались исходя из сезонной динамики степных пожаров согласно MOD14A1
Результаты и обсуждение. В результате работ по дешифрированию космоснимков Landsat получена серия векторных слоев, отображающих пространственное и временное распределение степных пожаров в Астраханской обл.
воспламеняемости накопленной за счет весенней вегетации мортмассы.
Дешифрирование снимков Landsat 5, 7, 8 и анализ данных MODIS позволили получить карты распространения степных пожаров в Астраханской обл. и рассчитать площади гарей (рисунок 2).
Доля 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%
5 6 7 8 9 10 11 12 1314 1516 171819 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30 3132 33 34
Номер декады
Рисунок 1 - Сезонное распределение очагов активного горения по данным MOD14A1
Площадь, км2
Рисунок 2 - Площади степных пожаров в Астраханской области
Наиболее масштабные пожары зафиксированы в 2006, 2011 и 2014 гг., в каждый из которых огнем было пройдено свыше 3000 км2 зональных ландшафтов. Сопоставление площадей гарей, рассчитанных по снимкам Landsat и данных MCD45A1, показало, что вторые дают ошибку 30-70% и в среднем отражают только 40% гарей.
В разработанной на базе полученных тематических карт геоинформационной системе рассчитаны площади и количество возгораний в каждом исследуемом году (таблица 1).
Таблица 1 - Площади степных пожаров в Астраханской области в 1997-2016 гг.
Год Количество очагов возгораний Средняя площадь очагов пожаров, км2
1997 9 26,61
1998 18 60,46
1999 16 43,48
2000 1 154,30
2001 31 77,68
2002 120 13,21
2003 8 108,86
2004 8 15,22
2006 107 35,52
2007 20 34,72
2008 5 5,52
2009 5 339,53
2010 22 27,01
2011 23 154,90
2012 13 17,09
2014 45 69,93
2015 1 34,58
2016 20 10,77
зошли самые масштабные пожары, в эти годы растительность сгорела на площадях 3800,50; 3562,75 и 3146,75 км2 соответственно. На основе полученных данных можно сделать вывод о том, что общие площади пожаров не зависят от количества очагов, а определяются удаленностью от населенных пунктов и ферм, текущим состоянием растительности и наличием естественных или искусственных препятствий на пути следования огня.
В таблице 2 приведены данные повторяемости степных пожаров в Астраханской обл. Половина всех пожаров затронула территорию единожды, на четверти площади случилось два пожара, трижды пожары за годы исследований случились на 17,2% территории.
Таблица 2 - Повторяемость степных пожаров на территории Астраханской области
Кол-во лет с пожарами Доля в обшей площади пожаров Площадь, км2 Доля в исследуемых ландшафтах
1 49,95% 5784,69 21,002%
2 25,05% 2900,59 10,531%
3 17,21% 1993,38 7,237%
4 6,07% 703,21 2,553%
5 1,40% 162,34 0,589%
6 0,16% 18,42 0,067%
7 0,04% 4,93 0,018%
8 0,02% 2,88 0,010%
9 0,02% 2,86 0,010%
10 0,02% 2,29 0,008%
В 2005 и 2013 гг. не отмечены очаги пожаров площадью более 0,5 км2. В 2006, 2011 и 2014 гг. прои-
Разработанные в ходе исследования картографические слои геоинформационной системы позволят более эффективно планировать противопожарные мероприятия, а также в полной мере оценить последствия степных пожаров в Астраханской обл.
Совмещение слоев, отражающих площади пожаров разных лет, позволяет определить длительности пирогенных сукцессий на 2017 г. на различных территориях - от 1 года до 20 лет. Проведение на
этих участках полевых геоботанических описаний позволит определить закономерности пирогенных сукцессий в зависимости от их длительности и гидротермических условий.
Заключение. В последние два десятилетия степные пожары участились по всему югу России [1, 3, 6]. Астраханская обл. не стала исключением - 42% территории зональных ландшафтов региона было подвержено палам за последние 20 лет.
Серия разработанных векторных слоев в полной мере позволяет оценить масштабы степных пожаров в Астраханской обл. Карта пространственно-временного распределения пожаров в зональных ландшафтах отражает не только закономерности пожарного режима региона, но и показывает территории с различной длительностью пирогенных сукцессий на них. Использование этих материалов в дальнейшей полевой работе позволит в полной мере отразить особенности пирогенных сукцессий в южной степной и северной пустынной зонах.
Литература:
1. Дубинин М.Ю., Лущекина А.А., Раделоф Ф.К. Оценка современной динамики пожаров в аридных экосистемах по материалам космической съемки (на примере Черных земель) // Аридные экосистемы. - 2010. - Т. 6. - № 3. - С. 5-16.
2. Ильина В.Н. Пирогенное воздействие на растительный покров / В.Н. Ильина // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2011. - Т. 20. - №2. - С. 4-30.
3. Павлейчик В.М. Проблемы изучения степных пожаров (анализ результатов автоматизированного и визу-
ального дешифрирования космических изображений) // Степи Северной Евразии: материалы VII международного симпозиума. - Оренбург: ИС УрО РАН, Печатный дом «Ди-мур», - 2015. - С. 603-608.
4. Попов А.В. Степные пожары и сохранение биоразнообразия ООПТ Северного Прикаспия // Заповедное дело: проблемы охраны и экологической реставрации степных экосистем. Материалы международной конференции. -2004. - С. 152-153.
5. Рулев А.С., Канищев С.Н., Шинкаренко С.С. Анализ сезонной динамики NDVI естественной растительности Заволжья Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2016. - Т. 13. - № 4. - С. 113-123.
6. Шинкаренко С.С. Пространственно-временной анализ степных пожаров Приэльтонья на основе данных ДЗЗ // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11: Естественные науки. - 2015. - № 1. - С. 87-94.
IDENTIFICATION OF STEPPE FIRES ACCORDING TO THE DATA OF LANDSAT AND MODIS
Shinkarenko S.S., PhD Sci. Agr., [email protected] Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Center of Agroecology, Complex Melioration аnd Protective
Afforestation of the Russian Academy of Sciences (FSC of Agroecology RAS), Volgograd, Russia
The paper considers the possibility of using the MCD45A1 data on burned areas and the MOD14A1 data on thermal anomalies, analyzes the MODIS products and the visual interpretation of steppe fires with Landsat images and concludes that the MCD45A1 covers only avg 45% of the burned areas, while the MODIS14A1 data provide more accurate interpretation of fires.
Keywords: landscape fires, MODIS, Landsat, GIS
УДК 631.617
АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИЯ ЭКОТОННЫХ ЛАНДШАФТОВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
В.Г. Юферев, д. с.-х. н., [email protected], А.С. Рулев, д. с.-х. н., академик РАН, [email protected], Г. А. Рулев, к. с.-х. н., [email protected] - ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН)
Определено значение агролесоландшафтов в инструмента создания устойчивых к деграда-
переходных пограничных полосах на стыке при- ции ландшафтов.
родных зон. Ключевые слова: агролесомелиорация, лан-
Исследована роль агролесомелиорации как дшафт, экотон, деградация, рельеф, ярус.
Нижнее Поволжье - юго-восточный регион России, расположенный на стыке Европы и Азии, включает Волгоградскую и Астраханскую обл., Республику Калмыкию.
Естественные ландшафты представляют различные биомы: луговую, северную, типичную и сухую степь, полупустыню и северную пустыню. Волго-Ахтубинская пойма, дельта Волги включают ин-тразональные луговые и лесолуговые комплексы среди полупустынь и пустынь. Только в пределах Нижней Волги выделяют 104 типа авто- и гидро-морфных экосистем, расположенных в различных геоморфоструктурных обстановках - на эрозион-но-денудационных возвышенностях, волжских террасах, аккумулятивных равнинах [6].
Мощный агропромышленный комплекс существенно разрушил природные экосистемы. Распахан-ность территории в Волгоградской обл. превышает 65%, кроме того в области созданы крупнейшие в России оросительные системы. Калмыкия стала регионом катастрофического развития дефляционных процессов и деградации пастбищных экосистем. На процесс опустынивания пастбищ нало-жились противоположные процессы наступления Каспия на береговую зону.
Материалы и методика исследований.
Следующие основные черты и экологические
следствия являются характерными для ландшаф-тогенеза в пределах экотонной (переходной) геодинамической («биогеорезонансной») зоны:
структурно-тектоническая и литоморфологиче-ская контрастность;
повышенная трещиноватость и водопроницаемость горных пород и грунтов;
интенсивный энергомассоперенос; мигрирующие геохимические аномалии; контрастность и интенсивность почвообразовательных процессов;
фитоценотическая контрастность, наличие реликтовых лесных массивов и многочисленных памятников природы;
ускоренный биологический круговорот веществ; ландшафтная контрастность и нестабильность внутриландшафтных рубежей (особенно в лесостепной и полупустынной зонах).
По мнению Т. В. Бобры [1, 5], геоэкотон - это особый класс геосистем, сложная пространственно-временная географическая система, формирующаяся на контакте разных природных сред и структур (вода - суша; вода - лед; горы - равнины; лес - степь), природных или антропогенных геосистем разных иерархических уровней, целостность и качественная определенность которой формируется интенсивностью вещественно-энергетических и
