Реферат
Введение 4
1 Литературный обзор 7
1.1 Дистанционное зондирование 7
1.1.1 Применение дистанционного зондирования Земли в анализе пожаров и
усыхания лесов 13
1.2 Особенности влияния лесных пожаров 15
1.2.1 Возникновение и виды лесных пожаров 17
1.3 Территория и объект исследования 21
1.3.1 Территория исследования 21
1.3.2 Объект исследования 23
2 Используемые материалы 25
2.1 Данные об исчезновении леса (lossyear) 25
2.2 Данные MODIS Active Fire Product - продукт Burned Area (MCD64A1).... 27
2.3 Карта преобладающих древесных пород (2010) 30
2.4 Программное обеспечение 32
3 ГИС-анализ усыхания лесов центральной части Южной Сибири 34
3.1 Создание и применение маски гарей 34
3.2 Создание масок древостоев на территории Южной Сибири 38
4 Анализ полученных данных исчезновения лесов на территориях гарей
центральной части Южной Сибири 41
4.1 Усыхание пород древостоев 42
4.1.1 Лиственные древостои 43
4.1.2 Лиственничные древостои 44
4.1.3 Сосновые древостои 46
4.1.4 Темнохвойные древостои 47
5 Результаты анализа усыхания лесов в результате воздействия пожаров 51
Заключение 53
Список использованных источников 55
Лесные ландшафты всегда играли важную роль и выполняли разнообразные функции в жизни как отдельного человека, так и общества в целом. Традиционно это экономическая или ресурсная роль лесопользования - источник различной лесопродукции: древесины, лекарственного сырья, грибов, ягод, дичи, база пчеловодства и в итоге, рекреационный ресурс. Лесные ресурсы являются возобновляемыми, хотя этот процесс весьма долговременный и трудоемкий [19].
Усыхание лесов - фактор угрозы сохранения биологического разнообразия и устойчивого социально-экономического развития. Усыханию и гибели подвержены десятки видов деревьев и кустарников. Основные причины - засухи и морозы, повышение или понижение уровня грунтовых вод, загрязнение окружающей среды. Леса могут быть уничтожены вследствие естественных причин, таких как ураганы, рельеф, болезни леса, изменение климата, однако основной причиной обезлесения является антропогенный фактор [19].
Лесной пожар - стихийное неуправляемое распределение огня по лесной площади. В связи с возрастающим антропогенным воздействием и глобальными климатическими изменениями, частота и интенсивность пожаров возрастают. Пожары - основной фактор, определяющий состояние и динамику лесного фонда России, особенно районов Сибири и Дальнего Востока [17].
Процесс усыхания лесов в результате пожаров является актуальной и серьезной проблемой во многих частях Земли, так как этот процесс влияет на их экологические, климатические и социально-экономические характеристики и снижение качества жизни. Обезлесение приводит к снижению биоразнообразия, запасов древесины, в том числе промышленного использования, к почвенной эрозии (разрастание оврагов, вымывание плодородного слоя), снижению водности рек, а также к усилению парникового эффекта из-за выделения в атмосферу углерода в виде CO2, находившегося в биомассе леса [2].
По данным цифрового отчета Глобальной оценки лесных ресурсов 2020 года (The Global Forest Resources Assessment 2020), предоставленные Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (Организация Объединённых Наций) (FAO - Продовольственная и сельскохозяйственная организация), леса занимают почти 1/3 суши во всем мире - 4,06 млрд га. Более половины (54%) мировых лесов находятся всего в пяти странах - России (20% - 815 млн га), Бразилии (12% - 497 млн га), Канаде (9% - 347 га), США (8% - 310 га), Китае (5% - 220 га), остальной мир - 1870 га (46%). За 30 лет с 1990 по 2020 год площадь лесов в мире сократилась примерно на 178 млн га (площадь, равная площади Ливии). Темпы чистой потери лесов снизились с 7,8 га в год в 1990-2020 годах до 5,2 млн га в 2000-2010 годах и 4,7 млн га в год в 2010-2020 годах. Темпы снижения чистой потери лесов замедлились в последнее десятилетие из-за снижения темпов расширения лесов.
Самая большая площадь потери лесов отмечается в тропической климатической зоне, например, в Южной Америке, Африке и Индонезии [23].
Россия - одна из главных лесных держав мира (по данным Рослесхоз за 2023 год - 52,3% покрыто лесом). Страна входит в тройку мировых лидеров по скорости и площади утраты первозданных (малонарушенных) лесов [11].
Цель работы: геоинформационный анализ исчезновения древостоев в центральной части Южной Сибири по данным дистанционного зондирования Земли в результате воздействия пожаров.
Задачи:
1. Составить описание физико-географических особенностей
исследуемой территории (центральная часть Южной Сибири).
2. Провести пространственный анализ данных об усыхании лесов в результате лесных пожаров на тестовом участке центральной части Южной Сибири.
3. Выявить особенности и привести количественные оценки усыхания лиственных, лиственничных, сосновых и темнохвойных древостоев, возникшее в результате пожаров в центральной части Южной Сибири.
Объект исследования: леса центральной части Южной Сибири.
Предмет: древостои, погибшие в результате воздействия лесных пожаров на тестовом участке территории Южной Сибири.
Материалы и методы исследования. Анализ усыхания лесов в результате воздействия пожаров по данным дистанционного зондирования Земли проведена с помощью программного пакета ESRI ArcGIS 10.8 на основе продукта MCD64A1 и глобального набора данных Lossyear и Treecover. Для выявления особенностей усыхания лиственных, лиственничных, сосновых и темнохвойных древостоев использована карта преобладающих древесных порода России Land Cover 2010.
Актуальность работы. В России тенденция роста потерь лесов в результате пожаров сохраняется. Начиная с 1970-х годов в Сибири наблюдается потепление климата, что привело к росту частоты пожаров, уничтожающих леса. Научную новизну представляют результаты анализа усыхания поврежденных пожарами древостоев. Для практической деятельности очень важно знать непосредственно после пожара, какая доля деревьев в ближайшие годы (месяца) утратит жизнеспособность.
Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего анализа динамики состояния лесов после пожаров или для анализа усыхания лесов, включая другие факторы.
На основе анализа материалов дистанционного зондирования исследовано усыхание древостоев в результате пожаров в центральной части Южной Сибири в период начала 21 века.
Использование современных ГИС-инструментов позволило
автоматизировать обработку большого объема информации. Разработана методика исследования, обработаны временные серии пространственных данных об исчезновении лесов (далее, об исчезновении лиственных, лиственничных, сосновых и темнохвойных древостоев) в центральной части Южной Сибири, сформирована маска гарей для выделения территорий с гарями в пределах исчезнувших лесов. Также произведен анализ данных об исчезновении лесов.
В хвойных лесах верховой пожар может привести к гибели значительной части древостоя без дальнейшего усыхания в следующие годы. В 2010 году доля погибших древостоев составила 20% от всей площади исчезнувших лесов на исследуемой территории, а в 2014 году - 55%. Такие повреждения
показываются на данных Global Forest Change.
Другие пожары, например, низовые, повреждают напочвенный покров, но при этом верхний полог леса слабо повреждается и выживает, соответственно Global Forest Change не показывает исчезновение лесов. Такие пожары часто возникают в лиственных и лиственничных лесах.
Данное исследование подтвердило усыхание древостоев в результате лесных пожаров на территории центральной части Южной Сибири, показало возможность изучения данного вопроса при помощи ГИС-технологий. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего анализа исчезновения лесов в результате других факторов, например, влияние климата и рельефа местности, или, наоборот, для анализа восстановления лесов на гарях после пожаров. Также, возможно продолжение исследования в магистерской работе, например, анализ усыхания темнохвойных лесов, их поведение при 53
пожарах и после, вероятность восстановления; или исследование лесных пожаров на северных территориях, их влияние на изменение границ древостоев.
1. Адамович, Т. А. Использование различных комбинаций спектральных каналов космических снимков спутника Landsat 8 для оценки природных сред и объектов (обзор) / Т. А. Адамович, Т. Я. Ашихмина, Г. Я. Кантор // Теоретическая и прикладная экология. - 2017. - №2. - С. 9-18.
2. Василяускас, В. Усыхание ельников в Литве и главные их причины / В. Василяускас // Проблемы усыхания еловых насаждений : материалы междунар. науч.-практ. семинара. - Минск : ООО “КолорПоинт”, 2013. - С. 11.
3. ВЕГА-PRO : сайт / Спутниковый сервис анализа вегетации. - URL: http://pro-vega.ru/descriptions.sht (дата обращения 13.05.2023).
4. Возникновение лесных пожаров : сборник статей / Акад. наук СССР. Сиб. отд-ние. Ин-т леса и древесины ; [Отв. ред. канд. с.-х. наук Н. П. Курбатский]. - Москва : Наука, 1964. - 184 с.
5. Всемирный фонд дикой природы (WWF) : сайт / WWF. - URL: https://wwf.ru/ (дата обращения: 12.04.2023).
6. Гизатуллин, А. Т. Разработка методов использования данных дистанционного зондирования Земли для предупреждения природных пожаров / А. Т. Гизатуллин // Географический вестник: Картография и геоинформатика. - 2021. - №1. - С. 149-161.
7. Гонгальский, К. Б. Лесные пожары и почвенная фауна / К.Б. Гонгальский. - Москва : Товарищество научных изданий КМК, 2014. - 169 с.
8. ГОСТ Р 22.1.09-99 Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования = Safeti in emergencies. Monitoring and forecasing of forest fire. General requirements : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : утвержден и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 25 мая 1999 г. № 181 : введен впервые : дата введения 2000-01-01 / разработан
Федеральной службой лесного хозяйства России, ВНИИлесхозом с участием Технического комитета по стандартизации ТК17 «Гражданская оборона,
55
предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций» и Агентства по мониторингу и прогнозированию чрезвычайных ситуация МЧС России. - Москва : ИПК Из-во стандартов, 1999. - 9 с.
9. Данные о сгоревших площадях MCD45: описание и получение : сайт / GIS-Lab. - URL: https://gis-lab.info/qa/mcd45.html (дата обращения: 13.05.2023).
10. Каницкая Л. В. Лесная пирология : учеб. пособие / Л. В. Каницкая. - Иркутск : Изд-во БГУЭП, 2013 - 206 с.
11. Леса России : сайт / Федеральное агентство лесного хозяйства. - URL: https://rosleshoz.gov.ru/ (дата обращения: 07.05.2023).
12. Лупян, Е. А. Лесные пожары на территории России в 2019 году. Аномалия или тенденция / Е. А. Лупян, И. В. Балашов, С. А. Барталев, К. С. Сенько // Материалы Семнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 15.11.19.» - ИКИ РАН - Москва, 2019. - С. 7-13.
13. Меркулов, П.И. Лесные пожары как опасные природные явления (на примере Республики Мордовия) / Меркулов П.И., Меркулова С.В., Хлевина С.Е. // Научное обозрение : электронный журнал - 2016. - № 2. - URL: https://srjournal.ru/2016/id21 (дата обращения: 07.05.2023).
14. МЧС России. Главное управление по Красноярскому краю : сайт / МЧС России. - URL: https://24.mchs.gov.ru/ (дата обращения: 10.04.2023).
15. Основные типы леса Сибири : учебное пособие для студентов специальности 25.02.01 / В.А. Иванов, О.П. Каленская, А.Г. Лузганов, Л.В. Буряк. - Красноярск : СибГТУ, 2012. - 140 с....32