Создание методов оперативной оценки повреждений лесного покрова пожарами на основе анализа интенсивности горения
Спутниковый мониторинг в настоящее время позволяет получать достоверные оценки целого ряда характеристик земной поверхности для решения различных задач. Одним из актуальных и востребованных направлений является оценка различных характеристик лесного покрова. В число таких характеристик входят как оценки повреждений лесного покрова связанные, в том числе, с действиями природных пожаров. Подобные оценки, в частности, могут выполнять на основе анализа рядов наблюдения гарей, возникающих в результате лесных пожаров. Для выполнения подобных оценок требуется получение временных рядов наблюдений, поэтому они выполняются со значительной задержкой после окончания действия пожаров. В то же время представляет интерес и получение оперативных оценок возможных повреждений, которые потенциально могут быть выполнены на основе анализа интенсивности горения, наблюдаемого на конкретном пожаре. Проведённые в этом направлении исследования были посвящены оценке возможности использования информации об интенсивности горения (FRP, Fire Radiative Power). Основной задачей исследования было определение зависимости между FRP и степенью повреждения различных типов лесов. Определение такой зависимости позволит создать методики оперативной оценки степени повреждения лесного покрова пожарами. При этом следует отметить, что до настоящего времени исследования в этом направлении ограничивались лишь анализом очень ограниченных наборов данных о интенсивности горения и повреждениях, основанных в основном на наземных наблюдениях.
Для выполнения данной работы в качестве исходных данных об FRP был использован однородный ряд данных о пожарах и горячих точках, имеющийся в ЦКП ИКИ-Мониторинг (http://ckp.geosmis.ru/). Этот ряд сформирован на основе продукта Collection 6 MODIS Active Fire / Hotspot Data (MCD14DL). Имеющиеся данные покрывают территорию РФ с 2001 г. по настоящее время и проаннотированы (привязаны) по картам типов территорий, ежегодно формируемых в ИКИ РАН.
В качестве данных о повреждении лесов, сопоставление которых проводилось с информацией об FRP, был взят ряд с 2012 по 2019 г. на территорию РФ, полученный с использованием метода оценки степени повреждения лесов пожарами на основе спутниковых данных MODIS, разработанный в ИКИ РАН. Данные представляют собой полигоны повреждений с указанием даты определения и степени повреждения лесов. Степень повреждения определяется одним из пяти классов средневзвешенной категории состояния (СКС): первый класс — здоровые насаждения, второй — ослабленные, третий — сильно ослабленные, четвёртый — усыхающие, пятый — погибшие).
Рис. 1 – распределение FRP горячих точек по сопоставленным классам СКС
Для исследования зависимости между энергетическими характеристиками пожаров и постпожарными повреждениями была разработана методика сопоставления информации о наблюдаемых FRP с данными об СКС, основанная на использовании постпожарных карт FRP. Следует отметить, что при сравнении использовались не значения FRP (интегральный поток, получаемый от одного пикселя), а значение FRP, нормированное на площадь пиксела (поток, идущий с единицы площади). На рисунке1 представлены полученные зависимости значения FRP горячих точек и классов СКС.
Распределение показывает выявленные зависимости значений FRP между классами. На основе распределения установлено, что класс погибших хорошо выделяется по распределению средних значений FRP. Для того, чтобы перейти к оценкам площадей, была построена зависимость вероятности гибели лесного покрова (наблюдения 4-го и 5 го классов повреждений) в точках постпожарных карт FRP для их конкретных значений. Полученная зависимость приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Доля горячих точек, отнесённых к 4-му и 5-му классам, по диапазонам FRP
На приведённом графике шкала FRP разбита на интервалы, внутри каждого из которых рассчитана доля горячих точек 4-го и 5-го классов. Пятый класс рассматривается в объединении с четвертым в связи с тем, что во многих исследованиях к погибшей растительности относят именно покров с разрушениями 4-го и 5-го классов. Видно, что начиная со значения FRP в около 80 МВт/км2, во всех последующих диапазонах доля таких точек превышает 50 %, а значит разрушения от пожаров с большим FRP вероятнее будут относиться к классам усыхающей и погибшей растительности.
Полученные результаты в настоящее время используются для разработки методики оценки площадей усыхающих и погибших лесов по данным об FRP отдельных пожаров.