Особенности распространения пожаров по видовым группам ландшафтов лесной зоны Европейской части России Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 911

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ ПО ВИДОВЫМ ГРУППАМ ЛАНДШАФТОВ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

© 2015 Е.В. Коньшина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Поступила в редакцию 18.05.2015

Данные о площадях выгоревших территорий представляют собой качественный материал для ретроспективной оценки роли пирогенного фактора. Одним из источников такой информации являются данные сенсора MODIS. На основе таких данных в работе был проведен пространственно-временной анализ очагов возникновения и распространения пожаров на территории лесной зоны Европейской части России. Выявлены тенденции пирогенного фактора по видовым группам ландшафтов.

Ключевые слова: тайга, лесные пожары, MODISMCD 45

Анализ зарубежной и отечественной литературы указывает на то, что лесные пожары на протяжении многих лет были и остаются важнейшим фактором (как экологическим, так и лесоводствен-ным), который определяет условия возникновения, формирования, развития, гибели и состояния бореальных лесов. В настоящее время в связи с увеличением плотности населения, степени хозяйственного освоения территорий вопрос лесных пожаров принял совершенно другой оборот: количество лесных пожаров увеличилось и пожары оказывают отрицательное влияние на состояние и формирование лесов. Конкретные типы хвойных лесов для сохранения своих позиций нуждаются в циклическом воздействии лесных пожаров определенной интенсивности. Многие древесные породы имеют достаточно хорошо выраженные морфологические и физиологические черты адаптации к огню, обеспечивающие их послепожарное выживание и даже расширение ареала. Знание закономерностей взаимоотношений лесных сообществ и пожаров позволяет использовать последние в качестве средства поддержания их стабильности. [2]. Однако при нарушении естественных циклов пожарного режима, лесные сообщества находятся под угрозой сильных нарушений и разрушений. В связи с этим изучение особенностей распространения пожаров приобретает все большую актуальность.

Существует два основных источника данных о пожарной активности, характеризующиеся своими специфическими подходами: активные очаги горения и сгоревшие площади. При этом первый подход к детектирования очагов обладает рядом ограничений и не может быть использован для оценки пространственного охвата пройденных огнём территорий, в том числе и из-за того, что в момент активного горения спутник часто в точке, необходимой для детектирования, или она

Коньшина Екатерина Владимировна, аспирантка. Email: [email protected]

скрыта от него облачностью. Таким образом, возникает потребность в площадных данных о сгоревших территориях. До недавнего времени подобная информация отсутствовала в глобальном масштабе. В последнее десятилетие ситуация стала меняться: было выполнено множество работ по разработке алгоритмов обнаружения сгоревших площадей и их картированию на базе данных дистанционного зондирования низкого (около 1000 м) и среднего (250-500 м) пространственного разрешений. Сенсор М001Б подходит для задач мониторинга сгоревших площадей, поскольку он обладает отличными показателями временного разрешения [4].

Данные MODIS MCD 45 представляют собой грид 500 метрового разрешения, содержащий по-пиксельную информацию о сгоревших площадях, начиная с 2000 г. [3]. Подготовкой GeoTIFF версии занимается Мэрилендский университет. Наиболее важная информация, которая хранится в файлах -дата пожара и оценка его точности. Файлы MODIS MCD 45 покрывают несколько субконтинентальных фрагментов (рис. 1). Территория бореального подпояса Европейской части России частично покрывается субконтинентальными фрагментами 8 и 15. Данные из этих фрагментов являются картографической основой данной работы. Также второй ее составляющей является векторизованная версия «Ландшафтной карты СССР», составленная Исаченко [1].

Для поставленной задачи в данной работе были использованы данные MODIS MCD 45 в формате в векторном формате. Предварительно данные были перепроектированы в подходящую проекцию. Далее была построена модель для удобства и продуктивности обработки данных. Модель включала в себя такие шаги как объединение данных, их пересечение, добавление новых полей, суммирование данных в таблице по годам и видовым группам ландшафтов. В результате был получен единый shape-файл, где каждый полигон с днем возгорания имеет поле год, видовую группу ландшафтов, в пределах которой произошел пожар и площадь данного очага возгорания.

«тяг— — _, 1 _ —1—*— 1 _ 1—I— вт с! I ■ 1 — _£_ _ .—1 __ __; дат; 1 _ — 1 ш 1—

ьЯ ** -

* • Гг Г)

>ч щг1 /Г у ._ А* Гч, А , А 1' &

«иго«»-- Г' н а э Се.

1 м 3 21 7/ Л1Ь - ~ ' 5 —7 Г*-

1 а ш 4

(ГОГГ* 1 ¿Л Й Е Г Щ

ФГГСП« Щ \ / ^ ч 20 N ) > » — 1 •

вщлг%т ¿/V

«тип- ± —1 — — — ч "V-

чо —1 • 1 —1 1 1 1 1 «кг 1 ХТ" — • 1 Х7Х) 1 Щ ОТ 1 М — —1 01 —: —1 1 — 1 ИОЦЦ i

Рис. 1. Схема покрытия MCD45 в формате GeoTIFF [3] .

По проведенному пространственному анализу лесных пожаров по видовым группам ландшафтов наиболее уязвимыми являются низменные и возвышенные зандровые равнины и низменные древнеаллювиальные песчаные равнины, где за 14-летний период наблюдений среднегодовая площадь, пройденная пожарами, составила 93,42 км2 и 75,46 км2 соответственно (рис. 2). Также сильно страдают от пожаров возвышенные моренные и моренно-эрозионные равнины в области среднечетвертичного оледенения и низменные озерно-ледниковые глинистые и суглинистые равнины, где в среднем в год пожарами было затронуто 51,85 км2 и 47,69 км2 соответственно. Наименьшие значения среднегодовых площадей выгоревших территорий наблюдаются на возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах и низменных аккумулятивных морских равнинах. В этих видовых группах ландшафтов в среднем пожарами было пройдено менее 0,3 км2 в год.

В 2000 г. больше всего от пожаров пострадали территории низменных и возвышенных занд-ровых равнин (317,61 км2). Немногим меньше -около 293 км2 - пожарами было пройдено на возвышенных моренных и моренно-эрозионных равнинах среднечетвертичного оледенения. На третьем и четвертом местах по площади выгоревших территорий находятся пологохолмистые моренные возвышенности в области среднечетвертично-го оледенения (166,61 км2) и низменные озерно-ледниковые глинистые и суглинистые равнины (123,18 км2). Не было зафиксировано пожаров на возвышенных и низменных цокольных равнинах докембрийских щитов, возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах, низменных аккумулятивных морских

равнинах, возвышенных карстовых плато на палеозойских карбонатных и сульфатных породах.

2001 г. не был пожароопасным и наибольшие сгоревшие площади были зафиксированы на возвышенных эрозионных пластовых равнинах на пермских красноцветных и терригенно-карбонатных отложениях (8,16 км2). На возвышенных увалистых равнинах на палеозойских слабо-дислоцированных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях площадь выгоревших территорий составила 2,01 км2. На остальных видовых группах ландшафтов пожары не были зафиксированы, или их площадь составила менее 1 км2.

В 2002 г. наибольшая площадь выгоревших территорий составила 341,78 км2 на низменных и возвышенных зандровых равнинах. На терррито-рии возвышенных моренных и моренно-эрозионных равнин в области среднечетвертично-го оледенения пожарами было пройдено 264,35 км2. На пологохолмистых моренных возвышенностях в области среднечетвертичного оледенения и низменных озерно-ледниковых песчаных равнинах от пожаров пострадало 163,53 и 152,41 км2 соответственно. На низменных цокольных равнинах до-кембрийских щитов и возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах пожаров зафиксировано не было.

В 2003 г. примерно в одинаковой степени пострадали от пожарров 3 видовых группы ландшафтов: низменные озерно-ледниковые песчаные равнины (29,95 км2); низменные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения (26,4 км2); низменные озерно-ледниковые глинистые и суглинистые равнины (25,93 км2); возвышенные увалистые равнины на палеозойскийх слабодислоцированных терриген-ных, карбонатных и местами гипсоносных

отложениях (23,47 км2). Не было зарегистрировано возгораний на возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских поро-

дах; низменных аккумулятивных морских равнинах; низменных древнеаллювиальных песчаных равнинах.

1400 1200 1000 800

1 2 3 4 5 6 7 Я 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Рис. 2. Суммарные абсолютные площади выгоревших территорий по видовым группам ландшафтов: 1 - возвышенные цокольные равнины докембрийских щитов; 2 - пологохолмистые моренные возвышенности в области среднечетвертичного (московского) оледенения; 3 - пологохолмистые моренные возвышенности в области среднечетвертичного (московского) оледенения; 4 - холмисто-моренные возвышенности в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения; 5 - низменные озерно-ледниковые песчаные равнины; 6 - низменные и возвышенные зандровые равнины; 7 - возвышенные кряжи на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах; 8 - возвышенные моренные и моренно-эрозионные равнины в области среднечетвертичного (московского) оледенения; 9 - низменные моренные равнины в области среднечетвертичного (московского) оледенения; 10 - возвышенные карстовые плато на палеозойских карбонатных и сульфатных породах; 11 - низменные древнеаллювиальные песчаные равнины; 12 - возвышенные эрозионные пластовые равнины на пермских красноцветных и терригенно-карбонатных отложениях; 13 - возвышенные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения на известняковом пластовом основании; 14 - низменные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения; 15 - низменные озерно-ледниковые глинистые и суглинистые равнины; 16 - низменные аккумулятивные морские равнины; 17 - возвышенные увалистые равнины на палеозойскийх слабодислоциро-ванных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях

В 2004 г. наиболее уязвимыми для пожаров оказались низменные озерно-ледниковые равнины, где площадь выгоревших территорий составила 162,38 км2, что составляет около 48% суммарной площади выгоревших территорий. Также значительные сгоревшие площади наблюдаются на низменных моренных равнинах в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения (57,94 км2). Примерно одинаковые площади (около 17 км2) были пройдены пожарами на территориях возвышенных эрозионных пластовых равнин на пермских красноцветных и терригенно-карбонатных отложениях; возвышенных моренных и моренно-эрозионных равнинах в области среднечетвертич-ного (московского) оледенения; пологохолмистых моренных возвышенностей в области среднечет-вертичного (московского) оледенения. От пожаров не пострадали возвышенные кряжи на дислоцированных палеозойских и протерозойских поро-дах;низменные аккумулятивные морские равнины; низменные цокольные равнины докембрийских щитов.

В 2005 г. наибольшие площади выгоревших территорий наблюдались на возвышенных увалистых равнинах на палеозойскийх слабодислоциро-ванных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях (47,43 км2). На втором месте

по этому показателю возвышенные эрозионные пластовые равнины на пермских красноцветных и терригенно-карбонатных отложениях, где пожарами было пройдено 13,61 км2. На долю этих двух групп ландшафтов приходится более 63% суммарной сгоревшей площади. Не пострадали от пожаров возвышенные кряжи на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах; возвышенные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения на известняковом пластовом основании; низменные озерно-ледниковые глинистые и суглинистые равнины.

В 2006 г., который явился довольно пожароопасным, наибольшие площади выгоревших территорий наблюдались на низменных озерно-ледниковых равнинах (суглинистых и песчаных, где пожарами было пройдено 256,75 км2 и 164,5 км2 соответственно). Также пострадали от пожаров значительные площади низменных моренных равнин в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения (133,26 км2) и низменнных и возвышенных зандровых равнин (95,58 км2). Возвышенные кряжи на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах; возвышенные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения на известняковом пластовом основании; низменные цокольные

равнины докембрийских щитов и низменные аккумулятивные морские равниныот пожаров не пострадали в 2006 году.

В 2007 г. примерно одинаковые площади выгоревших территорий были зафиксированы на низменных и возвышенных зандровых равнинах и низменных озерно-ледниковых равнинах (51,01 км2 и 47,17 км2 соответственно). На третьем месте по этому показателю низменные древнеаллюви-альные песчаные равнины (38,3 км2). На долю этих трех видовых групп ландшафтов приходится более половины суммарной плоащди выгоревших территорий. Не пострадали от поажаров возвышенные кряжи на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах; возвышенные моренные равнины в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения на известняковом пластовом основании и низменные цокольные равнины до-кембрийских щитов.

2008 г. оказался наиболее пожароопасным для возвышенных увалистых равнин на палеозой-скийх слабодислоцированных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях, где пожарами было пройдено 51,5 км2. На низменных озерно-ледниковых равнинах (суглинистых, глинистых и песчаных) площадь выгоревших территорий составила 57,44 км2. На долю этих трех видовых групп ландшафтов приходится более 73% суммарной площади. На возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах; возвышенных моренных равнинах в области верхнечетвертичного (валдайского) оледенения на известняковом пластовом основании; низменных и возвышенных цокольных равнинах докембрийских щитов пожаров зафиксировано не было.

2009 г. не был пожароопасным. Максимальная площадь выгоревших территорий составила 26,1 км2 на пологохолмистых моренных возвышенностях в области среднечетвертичного (московского) оледенения. На долю этогй группы ландшафтов приходится почти % суммарной площади. На низменных озерно-ледниковых песчаных равнинах от пожаров пострадало почти 5 км2. На остальных территориях площади возгораний были менее 3 км2 или пожары не были зафиксированы.

В 2010 г. наибольшие площади выгоревших территорий зафиксированы на низменных древ-неаллювиальных песчаных равнинах (870 км2). На низменных и возвышенных зандровых равнинах от пожаров пострадало в 2 раза меньшая площадь (445,72 км2). Причем на долю этих двух видовых групп ландшафтов приходится около 90% суммарной сгоревшей площади. Также, в значительной степени от пожаров пострадали возвышенные эрозионные пластовые равнины на пермских красно-цветных и терригенно-карбонатных отложениях. На возвышенных увалистых равнинах на палео-зойскийх слабодислоцированных терригенных,

карбонатных и местами гипсоносных отложениях и низменных озерно-ледниковых песчаных равнинах пожарами было пройдено 16,75 км2 и 15,72 км2 соответственно. Не зафиксировано пожаров на возвышенных моренных равнинах области верхнечетвертичного оледенения на известняковом пластовом основании; низменных аккумулятивных морских равнинах и холмисто-моренных возвышенностях в области валдайского оледенения.

Отклонение сгоревших площадей в 2010 году от среднего значения

800

600

400 300

Л /

Л /

100 0 100 / \ /

—-—----—! ■—.__>» 1г34Ь6739 10 1 1 13 13 14 й""16 17

Рис. 3. Отклонение сгоревших площадей в 2010 г. от среднего значения (2000-2013 гг.)

В целом на пожары 2010 г. приходится почти четверть суммарной площади выгоревших территорий за 14-летний период наблюдений. На рис. 3 показано соотношение средних сгоревших площадей за 14-летний период наблюдений и площадей, пройденных пожарами в 2010 г.

Положительная аномалия выделяется явно в древнеаллювиальных и зандровых равнинах. Наибольшие отрицательные аномалии (значения сильно ниже среднего) были зафиксированы на моренных возвышенностях (2), моренных и морен-но-эрозионных равнин (8) и низменных озерно-ледниковых равнин (15). По остальным видовым группам ландшафтов пожароопасность в 2010 году сопоставима с общими средними показателями.

В 2011 г. наибольшие площади выгоревших территорий были зафиксированы на возвышенных моренных и моренно-эрозионных равнинах в области московского оледенения (33,94 км2). Также значительным образом от пожаров пострадали низменные озерно-ледниковые песчаные равнины (20,94 км2) и зандровые равнины (18,83 км2). На 50% видовых групп ландшафтов пожары не были зафиксированы или их площадь составила менее 5 км2.

2012 г. был неопасен с точки зрения пожаров. На 12 из 17 видовых групп ландшафтов не было зафиксировано пожаров, или площадь возгораний составила менее 1 км2. Наибольшие площади выгоревших территорий составили 17,19 км2 и 12,1 км2 на возвышенных увалистых равнинах на па-леозойскийх слабодислоцированных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях и на возвышенных эрозионных пластовых равнинах

на пермских красноцветных и терригенно-карбонатных отложениях соответственно.

В 2013 г. наибольшая площадь выгоревших территорий была выявлена на возвышенных цокольных равнина докембрийских щитов и составила 31,57 км2. Далее по этому показателю следуют возвышенные увалистые равнины на палеозой-скийх слабодислоцированных терригенных, карбонатных и местами гипсоносных отложениях и пологохолмистые моренные возвышенности в области среднечетвертичного (московского) оледенения, где пожарами было пройдено 8,61 км2 и 6,64 км2 соответственно. На низменных аккумулятивных морских равнинах и возвышенных кряжах на дислоцированных палеозойских и протерозойских породах возгораний не было.

Лесные пожары являются важным фактором функционирования и динамики бореальных экосистем. В последнее время пожары приобретают большую актуальность. Так, летом 2010 года пожары нанесли большой экологический и экономический урон многим территориям Европейской части России. Пространственно-временной анализ очагов возгорания и распространения пожаров позволяет понять особенности пирологических

режимов территории, что помогает в процессе мониторинга, предсказания и ранннего обнаружения пожаров. По данным о сгоревших площадях MODIS MCD 45 наиболее уязвимыми для пожаров являются зандровые равнины, древнеаллювиаль-ные озерно-аллювиальные и озерные глинистые и суглинистые равнины. На долю этих видовых групп ландшафтов приходится почти половина суммарной площади выгоревших территорий. Менее всего затронутыми пожарами по итогам пространственно-временного анализа являются цокольные равнины докембрийских щитов и кряжи на дислоцированных породах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Исаченко, А.Г. Ландшафты СССР. - Л., ЛГУ, 1985, 320 с.

2. Фуряев, В.В. Роль пожаров в процессе лесообразова-ния. - Новосибирск: Наука, 1996, 252 с.

3. Boschetti, L MODIS Collection 5 Burned Area Product / L Boschetti, D. Roy, AA Hoffmann. - MCD45, User Guide 2.0. 2009, 30 p.

4. Rucker, G. Eleven Years of MODIS Burned Area: A GIS Analysis for the Territory of the United Republic of Tanzania, Project report / G. Rucker, J. Tiemann // Zebris GIS and Consulting, 2012. 54 p.

FEATURES OF DISTRIBUTION THE FOREST FIRES ON RELIEF GROUPS OF FOREST LANDSCAPES IN EUROPEAN PART OF RUSSIA

© 2015 E.V. Konshina

Moscow State University named after M.V. Lomonosov

Information on burned areas is very useful data for retrospective estimation of the role of forest fires. One of the sources for this information is data obtained from the sensor MODIS. Based on the MODIS MCD 45 data the spatial and temporal analysis of forest fires and burned areas was conducted. The tendency of distribution of forest fires across the boreal zone of European part of Russia was analyzed. The calculation of burned areas across groups of landscapes by relief type was performed.

Key words: taiga, forest fires, MODIS MCD 45

Ekaterina Konshina, Post-graduate Student. E-mail: [email protected]