ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 2, с. 57-67
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 634.0.43
ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ: ОТ МОНИТОРИНГА К ПРОГНОЗУ (НА ПРИМЕРЕ ЯКУТИИ)
© 2008 г. О. А. Поморцев*, Л.А. Ведешин, А. А. Дальбинов
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, Якутск Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН, Якутск *Тел.: (84112) 44-83-31; е-mail:pomortsev@telegraf.by Поступила в редакцию 22.05.2007 г.
На примере бореальных лесов Якутии рассматриваются проблемы мониторинга и прогноза лесных пожаров. Показано, что наряду с наземными наблюдательными пунктами и воздушными патрулями мониторинг лесных пожаров, особенно на мало обжитых и удаленных участках, поддерживается спутниками программы EOS, имеющими в составе бортового оборудования спектрорадиометр MODIS. Анализируются причины возникновения пожаров. В качестве главного прогностического признака лесных пожаров для Центральной Якутии обосновывается их связь с 11-летним циклом солнечной активности.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема лесных пожаров актуальна во всем мире. Огонь ежегодно уничтожает леса на больших территориях. В России ежегодная площадь лесных пожаров составляет по различным оценкам от 2 до 12 млн. га. В настоящее время, в связи с угрозой глобального потепления климата, лесные пожары стали рассматривать еще и как фактор, влияющий на содержание углерода в атмосфере. В круговороте углерода между растительностью и атмосферой влияние на состав атмосферы может оказывать только динамика баланса углерода между его эмиссией и депонированием на больших территориях. Самое значительное влияние на величину и продолжительность отклонений в балансе углерода должны оказывать пожары в бореальной зоне, значительную часть которой занимает территория Якутии. Постпожарное разложение погибших растений и полное восстановление растительности длятся здесь десятки лет, поэтому массированные эмиссии углерода в периоды пожаров способны длительное время не компенсироваться его депонированием, что может отражаться на климате и вызывать опасную эскалацию глобального потепления.
Природные пожары крайне негативно влияют на людей и их хозяйственную деятельность. Уничтожение лесных и хозяйственных ресурсов, разрушение инфраструктур и населенных пунктов промышленных и аграрных районов, в том числе и в Республике Саха (Якутия), зачастую приводит к значительному экономическому ущербу. Задымление от лесных пожаров обычно воздействует отрицательно на здоровье людей, приводя к обострению болезней и росту смертности. Вместе с тем вследствие глобальных изменений климата
все чаще в различных регионах возникают катастрофические колебания погоды, в том числе сильные засухи, вызывающие увеличение количества лесных пожаров и пройденных огнем площадей.
По данным аэрокосмического мониторинга наиболее сильные лесные пожары последних лет пришлись: в Хабаровском крае на 1998 г., в Амурской области на 1997—2002 г., в Якутии, Туве на 2002 г., в Иркутской, Читинской, Амурской, Томской областях, Бурятском Агинском национальном округе на 2003 г. [1].
По своим масштабам, экономическому, социальному и экологическому ущербу эти пожары значительно превысили региональный уровень и оцениваются как катастрофы, носящие глобальный характер.
В республике Саха в междуречье рек Лена-Вилюй, пожары только в 2002 г. привели к частичной гибели деревьев на площади свыше 5 млн. га. Как пишет А.И. Сухонин, "В этом районе дождевые осадки не выпадали практически в течение всего пожарного сезона. Массовые пожары, возникшие от гроз, а также по вине человека, за короткое время возникли на территории 0.7 млн. км2 и к началу августа представляли пространственно распределенный генератор горячих дымовых газов, энергия которого была достаточна для задержки прохождения циклонов через эту территорию. Обстановка сопровождалась задымлением местности протяженностью более 2 тыс. км" [2].
Ожидаемое увеличение интенсивности и площадного распространения лесных пожаров под совокупным воздействием антропогенного фактора и климатической изменчивости, а также возрастающая уязвимость населения перед воздей-
Рис. 1. На снимке Центральной Якутии сканером ИСЗ Landsat-7: а — на снимке теплового канала с двумя коэффициентами усиления хорошо видны очаги возгорания; б — синтезированное изображение 1 — 5 и 7 30-метровых каналов. Гари хорошо дешифрируются в 4 (в) и 5 (г) каналах.
ствием лесных пожаров требует разработки скоординированных действий по стратегии мониторинга, прогнозирования и управления лесными пожарами.
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ (АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ КОМПОНЕНТА) И ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К настоящему времени современные технологии сбора и обработки данных по горимости лесов, о состоянии грозовых разрядов и метеорологической информации позволили разработать действующую информационную систему дистанционного мониторинга лесных пожаров Министерства природных ресурсов (ИСДМ МПР РФ). Наряду с наземными наблюдательными пунктами и воздушными патрулями данная система включает в себя космические средства слежения за лесными пожарами.
Спутниковый мониторинг в ИСДМ МПР РФ позволяет решать целый спектр задач:
— получение информации для оценки синоптической обстановки;
— регистрация зон с подозрениями на лесные пожары на охраняемых территориях;
— обнаружение пожаров и контроль динамики пожаров на неохраняемых территориях;
— оценка площадей, пройденных лесными пожарами.
Указанный мониторинг отличают высокая оперативность и тематическая адаптированность информации для подразделений "Авиалесоохра-ны" на выходе.
Возможность ликвидации пожара на малой площади, особенно в условиях высокой пожарной опасности, определяется скоростью обнаружения и проведения "первоначальной атаки". Из опыта работы служб Авиалесоохраны известно, что при площади очага менее 5 га ликвидация низового пожара осуществляется с высокой надежностью. Такие пожары ликвидируются десантом из 4—6 человек. Площадь свыше 25 га для одного и даже двух десантов считается критической, и пожар зачастую выходит из-под контроля. Поэтому на современном этапе наиболее полно требованиям оперативного мониторинга лесных пожаров соответствуют спутники с высоким радиометриче-
Рис. 2. Поврежденные энтомовредителями усыхающие участки леса, съемки: а — обычная; б — специальная.
ским разрешением и высокой периодичностью съемки (серии NOAA и EOS).
Спутники программы EOS (Earth Observation System), получением и распространением данных с которых занимается ИТЦ СканЭкс, имеют в составе бортового оборудования спектрорадиометр MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradi-ometer). Тридцать шесть спектральных каналов охватывают диапазон с длинами волн от 0.4 до 14.4 мкм. При этом очаги возгорания можно дешифрировать как визуально, так и, что более важно, автоматизированно, используя яркостные температуры тепловых каналов. Алгоритмы обнаружения пожаров в автоматическом режиме основаны на значительной разнице температур земной поверхности (обычно не выше 10°—25°С) и очага пожара (300°—900°С). Почти 100-кратное различие в тепловом излучении объектов фиксируется на снимке, а информация, поступающая с других спектральных каналов, помогает отделить облака (рис. 1).
Информация спектрорадиометра MODIS передается на наземные станции непрерывно и бесплатно. Готовность данных — в течение часа после приема. Временное разрешение — 4 раза в сутки, ширина полосы обзора — 2300 км. Съемка тепловой аппаратурой спектрорадиометра MODIS с пространственным разрешением 1 км дает возможность выявить очаг пожара площадью от 25 га. Таким образом, спутниковые данные являются существенным дополнением к традиционным методам обнаружения пожаров, а на неохраняемых Авиалесоохраной труднодоступных территориях — единственным методом мониторинга и оценки последствий лесных пожаров.
Оправдываемость прогнозов лесных пожаров внутри пожароопасных сезонов и принимаемых превентивных мер во многом зависит от правиль-
ной оценки пожарной опасности лесов. Необходимо отметить, что осуществлять прогнозирование возможно лишь при наличии соответствующей информационной базы, важнейшей частью которой является информация о климатических особенностях исследуемого региона, пирологи-ческих характеристиках растительности как объекта горения и объекта воздействия горения, а также о динамике этих характеристик в пространстве и во времени.
Важную роль в решении этой задачи, особенно применительно к малонаселенным территориям Сибири, играет космическая компонента системы ИСДМ МПР РФ. Бортовое оборудование спутников, позволяющее выявлять очаги пожаров, способно обнаруживать и потенциально опасные в пожарном отношении поврежденные лесопатологическими факторами (сибирский шелкопряд и другие насекомые вредители леса) усыхающие участки леса. Аналогичная система мониторинга состояния лесов задействована и в авиации (рис. 2). О возможных масштабах периодически возникающей пожарной опасности, связанной с энтомовредителями, можно судить по вспышке массового размножения шелкопряда в 1952—1958 гг., когда только в Центральной части Красноярского края шелкопрядом было охвачено 5 млн. га лесов, из которых 1.4 млн. га (28%) усохло. Через 5—7 лет после вспышки вываливается 50—80% погибшего древостоя. Запас горючего материала в шелкопрядниках — 30—90 т/га. Более 80% шелкопрядников сгорает [3] (рис. 3). Данный пример не единичен. В самом начале текущего столетия аналогичная ситуация наблюдалась в Якутии, где массовое усыхание лесов, пройд ен-ных шелкопрядом в 1999—2000 гг., в сочетании с сухостью летних сезонов 2001—2003 гг. вылилось в уже описанные выше беспрецедентные по масштабам лесные пожары. Однако прохождением
Рис. 3. Пожар в шелкопряднике.
огнем свыше 5 млн. га таежных лесов дело не ограничилось. Вслед за пожарами последовало обводнение гарей, протаивание мерзлых грунтов, широкая активизация опасных криогенных экзогенных процессов с последующей перестройкой разрушенного криогенного ландшафта на значительных площадях.
С этой же целью ведутся разработки местных шкал пожарной опасности по метеорологическим комплексным показателям погоды,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.