Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСОВ ПОСЛЕ ПОЖАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

Рожков Ю.Ф. 1 Кондакова М.Ю. 2
1 ФГБУ "Государственный природный заповедник "Олекминский"
2 ФГБУ "Гидрохимический институт"
Динамика лесных пожаров, смена растительного покрова на гарях успешно прослеживается на мультиспектральных космических снимках, сделанных с интервалом в несколько лет. С использованием дешифрирования космических снимков исследуемой территории, сделанных в интервале 15 лет (с 1995-2009 гг) удалось проследить динамику зарастания гари на месте пожара 1985 года. Показано, на каких площадях и в каких масштабах происходит зарастание пустошей и редколесий, образовавшихся на месте пожара, за счет поросли лиственницы, березы и сосны. Показано, как и в каких масштабах произошло увеличение продуктивности лесов по мере зарастания гари, на каких площадях произошло изменение состава древесных пород. Показано, что на месте зарастающей гари происходит увеличение индекса вегетации (который прямо связан с продуктивностью). При этом, за период с 1995 по 2004 гг. увеличение индекса вегетации плавное, а за период с 2004 по 2009 гг. увеличение стремительное.
восстановление лесов после пожара
дешифрирование космических снимков
1. Дубинин М.Ю., Лушекина А.А., Раделоф Ф.К. Оценка современной динамики пожаров в аридных экосистемах по материалам космической съмки(на примере Черных земель) // Аридные экосистемы. - 2010, т.16, №3.- С. 5-16.
2. Егоров В.А., Барталев С.А. Анализ временных серий спутниковых данных СПОТ- Vegetatioin для мониторинга повреждений пожарами бореальных экосистем // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.- 2005, т.2, вып. 2 .- С. 380-387.
3. Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги. Проблемы. Перспективы// Аналитический обзор СО РАН. ИОА ГПНТБ [ ред. Белов В.В.] .- Новосибирск, 2003.-135 с.
4. Юрикова Е.А., Кокутенко А.А., Сухинин А.И. Исследование возможностей применения данных SPOT-4 для дешифрирования изображений поврежденных пожарами участков растительности // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета.- 2008, № 4.- С.75-78.
5. ArcView Image Analisis. Руководство пользователя.- М : Дата+, 1998.- 214 с.

Введение

Лесные пожары - неотъемлемая важная составляющая естественных природных процессов, приводящая к смене растительных сообществ и влияющая на распределение и численность животных. В последние годы успешно осуществляется спутниковый мониторинг лесных пожаров [1,3,4]. Динамика лесных пожаров, смена растительного покрова на гарях успешно прослеживается на мультиспектральных космических снимках, сделанных с интервалом в несколько лет [2].

С помощью анализа космических снимков, сделанных в разное время, на разных стадиях пирогенных сукцессий можно количественно оценить изменения в составе древостоя и проследить скорость зарастания гари.

Цель исследования: мониторинг процесса восстановления бореальных светлохвойных лесов после пожара с использованием дешифрирования космических снимков.

Задачи исследований: 1.Оценить процесс зарастания гари на всей площади;

2. Определить масштабы увеличения продуктивности на гари 1985 года спустя 10, 20 лет;

3. Оценить изменения в составе древесных пород по мере зарастания гари.

Материал и методы исследования. В качестве модельной гари нами была выбрана гарь 1985 года, охватившая шестнадцатую часть территории заповедника на площади 47480 га (рис.1).

граница пожара1985

Рис. 1. Граница зарастающего пожара 1985 года .

Для анализа изменений, которые произошли на территории, пройденной пожаром, были использованы летние и осенние снимки, сделанные в период с 1995 по 2009 гг. (т.е. в период от 10 до 24 лет после пожара). Всего было использовано 15 космических снимков, полученных со спутников Aster, Landsat, Spot, IRC. Для обработки космических снимков использовался пакет программ ENVI-4.0, ArcView-3.3 c модулями Image Analyst, Spatial Analyst. В качестве показателя, с помощью которого можно измерить ход пирогенной сукцессии, был использован индекс вегетации и показатель изменения оптической плотности (с помощью инструмента «difference» и «тематическая разница»). Кроме того, использовался инструмент «классификация» (с обучением и без обучения) [5]. Пересчет с пикселей на площади производился, исходя из технических характеристик снимков Landsat, Aster, Spot-2, для которых пространственное разрешение составляет 30 метров на пиксель. Один пиксель имеет сторону -30 м, поэтому площадь пикселя- 900 м2 .

Результаты исследования и выводы

1. Определение сомкнутости крон на зарастающей гари 1985 года

С помощью инструмента «difference» была проанализирована густота древостоя на зарастающей гари 1985 года спустя 10 лет после пожара ( на снимке 1995 года). Площади покрытой лесом территории распределились следующим образом:

  • открытые пространства и пустоши- 12%;
  • редколесья- 43%;
  • леса с сомкнутостью крон 20% занимают 26% площади;
  • леса с сомкнутостью крон 40 % занимают 8 % площади;
  • леса с сомкнутостью крон 60% занимают 10 % площади;
  • густые леса (сомкнутость крон больше 60%) занимают 1 % площади.

Спустя 24 года произошло увеличение оптической плотности на снимках в районе зарастающей гари. При этом, с помощью инструмента «difference» можно определить, насколько изменилась оптическая плотность по мере зарастания гари. На рис. 2, табл.2 показано, как происходит зарастание гари .

Рис 2 .Увеличение площадей, занятых лесом на гари 1985 года в период с 1995 по 2009 гг.

Увеличение площадей, занятых разными породами на зарастающей гари 1985 года выглядит следующим образом:

  • на 10%- увеличение оптической плотности на площади 30431 га;
  • на 30 % -увеличение оптической плотности на площади - 19310 га;
  • на 40 % - увеличение оптической плотности на 12781 га;
  • на 50 % - увеличение оптической плотности на площади - 9817 га;
  • на 70% - увеличение оптической плотности на площади- 4284 га (Табл.2).

2. Изменения продуктивности в процессе зарастания гари 1985 года

За период с 1995 по 2004 гг. на площади, пройденной пожаром, зарегистрировано увеличение продуктивности на 75 % площади. Причем, масштабы увеличения продуктивности были разными:

Изменение индекса вегетации NDVI- во времени. (Общая площадь, взятая для анализа 453033 пикселей или 40773 га).

Увеличение индекса вегетации за период с 1995 по 2004 года.

  • На 50% - 11713 пикселей или 1054 га;
  • на 40 % - 48083 пикселей или 4350 га;
  • На 30 % - 131167 пикселя или 11805 га;
  • на 20 % - 257333 пикселей или 23160 га;
  • на 10 % - 346865 пикселя или 31218 га.

Рис. 3. Изменение скорости зарастания гари по изменению индекса вегетации.

С помощью инструмента «Разность» можно провести сравнение индекса вегетации на снимках, сделанных в разное время. На месте зарастающей гари происходит увеличение индекса вегетации за счет поросли. При этом, за период с 1995 по 2004 гг. зарастание более плавное, а за период с 2004 по 2009 гг. зарастание стремительное (рис.3).

3. Изменения в породном составе древостоя на гари

Использование инструмента «классификация» на снимках, сделанных с интервалом в 10 лет (1995, 2004, 2008 гг.) позволяет вычленить изменения в породном составе древостоя на месте пожара 1985 года ( спустя 10 и 20 лет со времени пожара).

При этом, с помощью инструмента «тематическая разность» можно определить изменение площадей занимаемых разными породами.

Если на снимке 1995 года площадь пустошей и редколесий составляет 20514 га , то на снимке 2004 года площадь пустошей и редколесий уменьшилась до 17833 га, а в 2008 году до 13835 га - за счет зарастания порослью лиственницы, березы и сосны (Табл.1). А площадь, занимаемая лиственничниками, увеличилась с 15900 га в 1995 году до 22774 га в 2008 году. Площадь березняков увеличилась с 4467 га в 1995 году до 7083 га в 2008 году (Табл.1, рис 4-6).

Рис. 4. Динамика изменения лиственничников на зарастающей гари 1985 года.

Рис. 5. Динамика изменения площадей пустошей и редколесий на зарастающей гари 1985 года.

Рис. 6. Динамика изменения площадей березняков на зарастающей гари 1985 года.

Таким, образом, с использованием космических снимков исследуемой территории, сделанных в интервале 15 лет (с 1995-2009 гг) удалось проследить динамику зарастания гари на месте пожара 1985 года. Показано, на каких площадях и в каких масштабах происходит зарастание пустошей и редколесий, образовавшихся на месте пожара, за счет поросли лиственницы, березы и сосны. Показано, как и в каких масштабах произошло увеличение продуктивности лесов по мере зарастания гари, на каких площадях произошло изменение состава древесных пород.

Таблица 1

Изменения породного состава древостоя на зарастающей гари 1985 года. Тематическая разность относительно классификации гари на снимке 1995 года.

тип леса

лиственничники разнотравные

березняки

сосняки разнотравные

поросль сосны

поросль березы

поросль лиственницы

пустоши и редколесья

общее к-во пикселей

площадь, га

площадь пожара в границах

5230

19663

52543

98557

50207

169760

131610

527570

47481

пустоши и редколесья 1995 г.

4803

1165

6663

20652

18866

80903

94279

227331

20514

пустоши и редколесья 2004 г.

3337

853

4225

15137

16812

70154

87120

197638

17833

пустоши и редколесья 2008 г.

3366

693

3055

12609

13028

52159

68333

153243

13835

Лиственничники 1995 г.

1228

4436

19451

40651

19065

56385

24400

165616

15900

Лиственничники 2004 г.

1129

3555

18283

43438

17770

63424

28326

175925

16748

Лиственничники 2008 г.

2039

2883

22660

55864

17727

84803

48715

234691

22774

Березняки 1995 г.

1090

5698

10513

14892

4409

10589

2444

49635

4467

Березняки 2004 г

1780

7812

14009

23355

6723

17191

4164

75034

6753

Березняки 2008 г.

1895

8260

14349

26385

9272

15720

2820

78701

7083

Таблица 2 .

Изменение площадей, занятых древесными породами за период с 1995 по 2009 гг. на зарастающей гари 1985 года.

увеличение, пиксели

лиственничники разнотравные

березняки

сосняки разнотравные

поросль сосны

поросль березы

поросль лиственницы

общее к-во пикселей

площадь,га

10% 2009-1995

3567

14136

43328

89339

47352

140408

338130

30431

30 % 2009-1995

1727

11585

20137

53020

23953

104135

214557

19310

40% 2009-1995

917

9078

6212

22458

19152

84197

142014

12781

50% 2009-1995

475

2760

3792

14604

15619

65159

102409

9217

70% 2009-1995

205

977

1128

5036

9404

30849

47596

4284

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 13-05-00120)

Рецензенты:

Брагина Т.М., д.б.н., профессор кафедры ботаники и зоологии факультета естественнонаучного и математического образования Южного Федерального Университета, г. Ростов-на-Дону.

Исаев А.П., д.б.н., заведующий лабораторией мерзлотного лесоведения Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, г. Якутск.


Библиографическая ссылка

Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСОВ ПОСЛЕ ПОЖАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10434 (дата обращения: 23.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252