Введение 3
1. Данные дистанционного зондирования Земли в мониторинге лесных
ресурсов 6
1.1. Общие понятия о дистанционном зондировании Земли 6
1.2. Физические основы, технические средства и технологии получения
аэрокосмических снимков 11
1.3. Использование космических снимков в лесном хозяйстве 26
2. Дистанционное зондирование и его роль в мониторинге лесов,
поврежденными пожарами в Республике Коми 30
2.1. Современное состояние и особенности лесных ресурсов в
Республике Коми 30
2.2. Проблема лесных пожаров в Республике Коми 37
2.3. Дистанционный мониторинг лесопожарной обстановки 44
2.4. Визуально - экспертное дешифрирование лесной растительности 49
2.5. Использование спектральных вегетационных индексов для
мониторинга состояния лесной растительности после пожара 53
3. Применение данных дистанционного зондирования Земли при
оценке состояния лесов после пожара, на примере ряда муниципальных районов Республики Коми 58
3.1. Характеристика территории выбранных участков гари 58
3.2. Этапы и реализация мониторинга участков гари на территории
республики средствами дистанционного зондирования 61
3.3. Анализ полученных результатов исследования 71
Заключение 74
Список использованных источников 77
Более 85% территории Республики Коми занята лесами. Большая часть лесов сохранилась в своем первозданном виде, и имеет огромную ценность для современного мира.
Лесные пожары являются главным фактором нарушения лесного покрова, которые приводят к серьезным изменениям его структуры и экологического равновесия. На территории республики преобладают пожары, имеющие естественное происхождение, источником которых служат сухие грозы.
Из-за неоднородности рельефа и труднодоступности отдельных участков сгоревшей территории, исследование больших территорий гарей традиционными способами представляет собой достаточно сложную задачу. Эта проблема решаема при помощи методов спутникового мониторинга.
Актуальность данной работы в том, что чаще всего после лесного пожара подсчитывают только площадь сгоревшей территории, не уделяя внимания восстановлению нарушенных участков лесной растительности. Мониторинг послепожарного состояния гари поможет контролировать динамику
восстановления лесов и своевременно проводить необходимые меры по восстановлению экосистемы. Предложенный собственный вариант анализа восстановительных процессов отражает особенности местности, характерные исключительно для территории Республики Коми.
Быстрое развитие спутниковых систем среднего и высокого пространственного разрешения позволяет проводить исследование
дистанционно.
При этом использование методов дистанционного зондирования является наиболее достоверным, оперативным и регулярным источником измерения ключевых характеристик состояния и динамики лесной растительности, в том числе и после пожаров.
Для дистанционной оценки площади гари, степени повреждения и восстановления древесной растительности после лесного пожара используют вегетационные индексы, полученные с разновременных снимков различных спутников.
Использование вегетационных индексов, в исследованиях послепожарного состояния лесов, основано на том, что для древесной растительности соотношение красного и ближнего инфракрасного спектральных каналов электромагнитного спектра отличается, это связанно с тем, что во время пожара происходит уничтожение хлорофилла растительности. Следовательно, такие спектральные индексы используются при мониторинге изменений в динамике роста растительного покрова в послепожарный период.
Цель работы: разработка методики оценки процессов
лесовосстановления после пожара, с помощью спутниковых и геоинформационных технологий. Апробация методики на участках гари на территории ряда муниципальных районов Республики Коми.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Визуальный подбор безоблачных космических снимков со спутника Landsat;
2. Дешифрирование разновременных снимков Landsat с использованием пакета программы ArcGis;
3. Собрать сведения о вегетационном индексе, который отразит состояние лесной растительности после пожара;
4. Расчет значений нормализованного вегетационного индекса растительности (NDVI) в пакете программы ArcGis;
5. Выделение классов поврежденной растительности;
6. Расчет процента восстановления растительности и выявление факторов, влияющих на восстановительные процессы;
7. Провести анализ имеющейся информации и обобщить данные.
Объектом исследования являются участки лесных гарей от 2000 года на территории ряда муниципальных районов Республики Коми. Предметом исследования выступает оценка состояния лесов после пожара, на основе вегетационного индекса, полученного при дешифрировании разновременных снимков.
Для реализации целей и поставленных в работе задач были использованы материалы государственных учреждений в сфере использования и управления лесными ресурсами, литературные, картографические и веб-источники.
Данная работа состоит из: введения, трех глав, заключения, списка литературы, который насчитывает 40 источников.
Первая глава посвящена рассмотрению теоретических вопросов по получению данных дистанционного зондирования Земли, и применения данных дистанционного зондирования в лесном хозяйстве.
Вторая глава посвящена описанию лесных ресурсов Республики Коми и влияние дистанционного мониторинга на послепожарное состояние лесов.
В третьей главе на основе данных дистанционного зондирования рассматриваются этапы мониторинга состояния лесов после пожара, а также проводится анализ состояния лесного покрова после пожаров.
В заключении подводятся итоги исследования, формируются окончательные выводы по рассматриваемой теме.
В Республике Коми лесные ресурсы играют ведущую роль среди других биоресурсов. Леса на обширных территориях выполняют средообразующие и природоохранные функции, являются объектом хозяйственного освоения как источник древесины и недревесных продуктов.
Значение лесов определяется не только производственной, но и экологической функцией. Леса являются важным компонентом биосферы, который глобально влияет на климат Европейского Севера и гидрологический режим северных рек, играя ведущую роль в очищении воздуха от антропогенных загрязнений и стабилизации экологической ситуации в Республике Коми.
Особое биосферное климаторегулирующее значение имеют притундровые леса, лесные массивы водосборов и защитные полосы вдоль рек. Леса Республики Коми представляют особую флористическую ценность как хранилище богатого генофонда древесных пород. В республике имеются отдельные массивы коренных темнохвойных лесов, сформировавшиеся несколько млн. лет назад.
Наибольшую ценность представляют спелые хвойные породы, которые распространены в средней, северной и крайнесеверной тайге Коми. Южная тайга занимает незначительную территорию республики, где 50% приходится на лиственные породы.
Восстановление на гарях происходит постепенно, заменяя лиственные породы молодыми хвойными лесами.
Использование геоинформационных технологий и данных космической съемки при мониторинге лесных пожаров является обоснованным и актуальным в связи с обширными территориями и ограниченными трудовыми ресурсами, которые заняты в лесном хозяйстве.
Данные дистанционного зондирования помогают провести анализ послепожарного состояния лесов, определить какие факторы способствуют положительным и негативным воздействиям на восстановленные процессы.
Спутниковые данные, получаемые со спутника Landsat, предоставляются в виде цифрового изображения. Разновременные снимки позволяют в ручном режиме создавать мультивременные композитные изображения сгоревшей лесной растительности. Обработка этих снимков позволяет вывести статистику вегетационного индекса (NDVI), который отражает фотосинтетическую активность живых растений, и увидеть динамику восстановления поврежденного лесного покрова.
Предложенная в работе методика оценки послепожарного состояния лесов основана на использовании данных спутниковых систем с высокой периодичностью наблюдений, что позволяет выполнять качественный анализ восстановительных процессов.
В то же время следует учитывать, что полученные оценки ориентированы на анализ площадей, проходимых именно лесными пожарами, и не могут непосредственно применяться для пожаров на непокрытых лесом территориях. Анализ таких ситуаций планируется провести в дальнейших исследованиях.
Уникальность разработанной методики заключается в следующем:
— Впервые получена объективная оценка о состоянии лесов после пожара при помощи спутниковых и геоинформационных технологий на региональном уровне;
— На основе анализа полученных результатов установлены новые закономерности восстановительных процессов растительности на гари;
— Были выделены классы повреждения растительности, характерные для наиболее распространенных типов местности Республики Коми;
— Математическое подтверждение зависимости восстановления растительности на гарях от средней температуры и количества осадков;
— Разработанная методика применима для всех пожаров, произошедших на территории Республики Коми. Она отражает особенности местности, характерные не только для Коми, но и для соседних регионов со схожим климатом и ландшафтом.
Своевременный мониторинг, такой как дистанционное зондирование, позволит предотвращать такие порой разрушительные бедствия как пожары.
В дальнейшем планируется более детальное изучение данной темы и разработка автоматизированной методики оценки состояния лесов после пожара, включая дополнительные математические операции для выявления факторов, оказывающих наибольшее влияние на восстановление.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
