Разработка подходов оперативного прогноза гибели лесов на основе данных о радиационной мощности пожаров

Оценка гибели лесов на основе данных о радиационной мощности пожаров подразумевает выявление устойчивой связи между интенсивностью горения пожаров (FRP — Fire Radiative Power) и степенью повреждений растительности. Такую связь возможно установить и впоследствии использовать на устойчивых и протяжённых во времени наборах данных.

Фактически единственным рядом данных, имеющих информацию об интенсивности горения (интегральной мощности излучения) на большой территории за почти двадцатилетний период наблюдений (с 2001 года по настоящее время) является ряд данных прибора MODIS (продукт MCD14DL).

Использование базы данных о повреждениях лесного покрова, сформированной в ИКИ РАН на основе спутниковых данных за период 2012 по 2019 год на всей территории РФ, вместе с информацией о FRP, полученной на основе продукта MCD14DL, позволило получить достаточную базу для создания автоматизированного метода сопоставления данных FRP и повреждений лесного покрова и определения связи FRP c вероятностью повреждения лесного покрова. Для этого необходимо было решить следующие задачи:

• сопоставление данных о термических аномалиях MODIS и повреждений лесного покрова:
  • расчёт однородного и сопоставимого для разных размеров пикселей FRP;
  • создание метода корректного сопоставления данных FRP с постпожарными повреждениями;
• получение устойчивых зависимостей классов повреждений от FRP
  • анализ результатов сопоставления и выявление связей по полученным с помощью метода сопоставления данным;
  • проверка независимости результатов от метода сопоставления;
  • изучение возможности получения оперативной оценки вероятных повреждений лесов пожарами и потенциальных ущербов от них по данным интенсивности горения;
• создание подхода оперативного прогноза гибели лесов на основе данных о радиационной мощности пожаров

В рамках работы решалась задача нахождения зависимости между интенсивностью горения пожаров и постпожарными повреждениями, требующая разработки метода корректного сопоставления имеющихся данных о FRP лесных пожаров и средневзвешенной категории состояния (СКС) лесов.

Для решения данной задачи был разработан и реализован метод построения постпожарных (на время, когда пожар уже закончился) карт FRP. В каждую точку такой карты помещается максимальное значение FRP, которое наблюдалось за все время действия пожара. На рисунке 3.2.3.1 представлен пример подобной карты, визуализированный в ИС «Вега-Science».

Рисунок 3.2.3.1 — Пример постпожарной карты FRP

Следующим этапом решения поставленной задачи стало сравнение карт распределений энергетических характеристик пожаров с картами постпожарных повреждений — средней категорией состояния (СКС). Такое сравнение, в частности, позволило получить вероятности возникновения повреждений от значений FRP, наблюдаемых в постпожарах.
Ниже представлены зависимости, полученные на основе интегрированных данных наблюдений FRP на территории РФ с 2012 по 2019 год. Распределение, изображённое на графике 3.2.3.2 отражает общие тенденции в отношении FRP между классами. Пик распределений классов с первого по четвёртый приходится на окрестность 10 МВт. Для пятого класса он сдвинут в область 20 МВт. Если рассматривать представленные в таблице 3.2.3.1 средние значения FRP для разных классов, пятый класс также выделяется наиболее высоким показателем. При этом на втором месте по величине располагается первый класс. Такая особенность может быть связана с тем, что в этот класс СКС попадает растительность, умирающая не в первый сезон. Для рассмотрения этого эффекта в будущем предлагается сравнить карты постпожарных повреждений с картами усыхания растительности. В связи с этим, именно выделение по FRP пятого класса повреждений представляет наибольшую ценность.

Рисунок 3.2.3.2 — распределение FRP для разных классов СКС с нормированным на площадь FRP для всех зарегистрированных горячих точек

Таблица 3.2.3.1— среднее FRP для каждого класса СКС по второму методу сопоставления с нормированным на площадь FRP для всех зарегистрированных горячих точек с 2012 по 2019 год

СКС	Среднее FRP	Количество ячеек сетки
1(+2)	37,7	51925
3	20,3	5543
4	29,5	12014
5	99,3	41807

На графике 3.2.3.3 классы СКС объединены в две группы – с первого по третий и с четвёртого по пятый. Такое разделение рассматривается в связи с тем, что во многих исследованиях к погибшей растительности относят именно покров с разрушениями четвёртого и пятого классов. Линии графика пересекаются в районе 84 МВт/кв. км, т.е. вероятность сильных повреждений (4–5 класс) для FRP превышающих данное значение будет более 50 %. Полученные зависимости можно использовать для экспресс оценки степени повреждения лесов, которая может выполнять на момент завершения конкретного пожара. Для в каждой точке поспожарной карты FRP на основе полученной зависимости оценивается вероятный процент гибели лесных насаждений (который может, в частности, быть интерпретирован, как процент площади погибших лесов в пикселе постпожарной карты FRP).

Рисунок 3.2.3.3 — доля горячих точек первых трёх классов СКС и классов СКС 4 и 5 по диапазонам FRP

Таким образом, мы фактически получили зависимость степени повреждения лесного покрова от значений FRP в создаваемых постпожарных картах.