Разработка методов оперативной оценки площадей, пройденных огнём

Использование обновлённого ряда данных о термических аномалиях Modis Collection 6, как было показано в отчёте 2020 г., имеет ряд особенностей. Интегральные площади пожаров и их количество отличались от данных, получаемых по предыдущей коллекции MC5, используемой для оценки площадей пожаров до 2016 г., и требовали проведения дополнительных уточнений. Для этого были проведены работы, направленные на получение обновлённой функции коэффициента коррекции площадей и сформированы предварительные оценки площадей, в том числе, в сравнении с многолетним рядом по данным MC5.

Разработка методов оперативной оценки площадей, пройденных огнём, требует проведения оценки эффективности разработанного алгоритма коррекции площадей. При этом основным критерием эффективности такого алгоритма является точность определения площадей пожаров. Далее была проведена оценка точности обновлённой функции коэффициента коррекции площадей и разработан метод оперативной оценки.

Для оценки точности определения площадей использовался созданный на предыдущем этапе набор уточнённых площадей пожаров – гарей, построенных по результатам классификации спутниковых данных высокого пространственного разрешения с приборов MSI (КА Sentinel-2), ETM+ (КА Landsat 7) и OLI-TIRS (КА Landsat-8). Набор содержит очищенные и верифицированные данные для 5474 пожаров 2009–2020 гг. общей уточнённой площадью 9,06 млн га.

Особенности соотношения геометрических площадей пожаров, полученных по данным детектирования активного горения, и площадей соответствующих им гарей хорошо видны на двумерной диаграмме, представленной на рисунке 1. Видно, что абсолютные расхождения двух оценок зависят от площади конкретного пожара. При этом геометрическая площадь, полученная по данным активного горения, даёт завышенную оценку. Систематическая ошибка такой оценки фактически определяется отклонением среднего значения геометрических площадей пожаров в заданном диапазоне от линии y = x, (показана на графиках серой линией). Данная линия соответствует точному совпадению значений оценок площадей, получаемых на основе данных наблюдения активного горения и площадей, полученных на основе данных высокого пространственного разрешения. При этом видно, что по мере увеличения площади пожаров ошибка её оценки по геометрической площади пожара по данным активного горения падает. То есть площади крупных пожаров достаточно хорошо оцениваются и по информации, полученной на основе детектирования активного горения.

 
Рисунок 1 — Ошибка определения площадей пожаров по результатам дистанционного детектирования по данным MC6 и площадей соответствующих им гарей
После применения предложенного коэффициента коррекции к площадям пожаров из уточнённой выборки на рисунке 3.2.4.2 представлена гистограмма распределения откорректированных геометрических площадей пожаров и площадей гарей.

Рисунок 3.2.4.2 — Гистограмма скорректированных геометрических площадей и площадей гарей анализируемой выборки

Хорошо видно, что скорректированный набор данных фактически сгруппирован вокруг диагональной линии y = x. Это фактически означает, что проведение предложенной коррекции позволяет исключить систематическую ошибку. Полученная при этом интегральная скорректированная геометрическая площадь пожаров используемой выборки составила 8,77 млн га, что всего на 3,6 % расходится с интегральной площадью гарей в используемой выборке (9,06 млн га). При этом следует отметить, что общая геометрическая площадь пожаров используемой выборки составляет 13,58 млн га, т.е. она почти на 50 % превышает интегральную площадь гарей. Также были рассчитаны среднеквадратические отклонения в каждой используемой группе площадей. Фактически это позволило оценить случайную ошибку определения площади пожара в конкретной группе. С использованием этой информации была произведена оценка точности интегральной скорректированной площади пожаров. Она составила примерно 1,5 %. Расхождение в оценке ошибок интегральных площадей, видимо, можно объяснить тем, что при построении зависимости для коэффициента коррекции явно не учитывались пропуски пожаров, которые, как уже отмечалось, могут возникать из-за не очень высокой частоты их наблюдения с использованием только данных прибора MODIS и составлять 2,3 %. Суммарная ошибка, определяемая случайными ошибками и ошибками пропуска пожаров, составляет примерно 3,8 %, что хорошо согласуется с расхождениями, получаемыми при сравнении интегральных площадей гарей и откорректированных площадей пожаров, полученных на основе данных детектирования активного горения.

С учётом того, что для построения коэффициента коррекции геометрических площадей пожаров, получаемых на основе данных детектирования активного горения с использованием коллекции МС6 и проверок точностей оценок интегральных площадей, использовался достаточно репрезентативный набор данных (объем выборки соответствует площадям, проходимым лесными пожарами в годы средней горимости), можно утверждать, что получаемые таким образом оценки площадей лесных пожаров на территории РФ имеют ошибку порядка 4 %.

Таким образом, подобная точность позволила разработать метод для оперативной оценки площадей, пройденных огнём, по данным прибора MODIS коллекции 6. В настоящее время разработанный метод используется для оперативной оценки площадей пожаров во всех проектах созвездия Вега, включая УНУ «Вега-Science» и «Вега-Лес», а также в системе дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства ИСДМ-Рослесхоз.

Реализованный метод был так же применён для оценки площадей, пройденных огнём, для всего многолетнего ряда данных с 2001 по 2021 г. Общие и лесные площади, пройденные огнём на территории РФ, представлены на рисунке 3.

 
Рисунок 3. Площади, пройденные огнём, с применением разработанного метода оценки