Оценка динамики процесса восстановления лесов после пожара с использованием дешифрирования космических снимков

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 528. 88
ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСОВ ПОСЛЕ ПОЖАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
1 2 Рожков Ю. Ф., Кондакова М. Ю.
ФГБУ «Государственный природный заповедник «Олекминский», г. Олекминск, Россия (678 100, Россия, г. Олекминск, ул. Бровина, дом 6) — e-mail: r1953@rambler. ru.
2ФГБУ «Гидрохимический институт» г. Ростов-на-Дону, Россия (344 090,Россия, г. Ростов-на-Дону, проспект
Стачки, дом 198) e-mail: ko mar@rambler. ru. _
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.
Ключевые слова: дешифрирование космических снимков, восстановление лесов после пожара
EVALUATION OF THE DYNAMICS OF RECOVERY AFTER FOREST FIRE WITH INTERPRETATION OF SATELLITE IMAGES
Rozhkov Y.F. 1, Kondakova M. Y. 2
1 FGBU & quot-State Nature Reserve& quot- Olekminsky& quot- Olekminsk, Russia (678 100, Russia, Olekminsk, st. Brovina, 6) — e-mail: r1953@rambler. ru-
2FGBU & quot-Hydrochemical Institute& quot-, Rostov-on-Don, Russia (344 090, Russia, Rostov-on-Don, the prospectus Strikes,
198) — e-mail: ko_mar@rambler. ru. _
The dynamics of forest fires, changing vegetation on burned successfully traced in multispectral satellite images taken at intervals of several years. With the use of satellite image interpretation study area, made in the range of 15 years (1995−2009) was able to follow the dynamics of fouling on the scene of a fire burning in 1985. Show which areas and to what extent is overgrown wasteland and woodland formed on the site of the fire, due to overgrowth of larch, birch and pine. It is shown how and to what extent an increase forest productivity as overgrown burning on what areas has changed the composition of tree species. It is shown that there is an increase of burning overgrown vegetation index (which is directly related to productivity). Thus, in the period from 1995 to 2004. overgrowing smoother, and for the period from 2004 to 2009. rapid overgrowth. Keywords: satellite image interpretation, restoration of forests after a fire.
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 47 480 га (рис. 1).
Рис. l. Граница зарастающего пожара l985 года.
Для анализа изменений, которые произошли на территории, пройденной пожаром, были использованы летние и осенние снимки, сделанные в период с l995 по 2009 гг. (т.е. в период от l0 до 24 лет после пожара). Всего было использовано l5 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 м.
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.
1 500 000
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 30 431 га- на 30% -увеличение оптической плотности на площади — 19 310 га- на 40% - увеличение оптической плотности на 12 781 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 453 033 пикселей или 40 773 га).
Увеличение индекса вегетации за период с 1995 по 2004 года. На 50% - 11 713 пикселей или 1054 га — на 40% - 48 083 пикселей или 4350 га — На 30% - 131 167 пикселя или 11 805 га- на 20% - 257 333 пикселей или 23 160 га- на 10% - 346 865 пикселя или 31 218 га.
50%
40%
30%
20%
10%
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 20 514 га, то на снимке 2004 года площадь пустошей и редколесий уменьшилась до 17 833 га, а в 2008 году до 13 835 га — за счет зарастания порослью лиственницы, березы и сосны (Табл. 1). А площадь, занимаемая лиственничниками, увеличилась с 15 900 га в 1995 году до 22 774 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
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 19 663 52 543 98 557 50 207 169 760 131 610 527 570 47 481
пустоши и редколесья 1995 г. 4803 1165 6663 20 652 18 866 80 903 94 279 227 331 20 514
пустоши и редколесья 2004 г. 3337 853 4225 15 137 16 812 70 154 87 120 197 638 17 833
пустоши и редколесья 2008 г. 3366 693 3055 12 609 13 028 52 159 68 333 153 243 13 835
Лиственничники 1995 г. 1228 4436 19 451 40 651 19 065 56 385 24 400 165 616 15 900
Лиственничники 2004 г. 1129 3555 18 283 43 438 17 770 63 424 28 326 175 925 16 748
Лиственничники 2008 г. 2039 2883 22 660 55 864 17 727 84 803 48 715 234 691 22 774
Березняки 1995 г. 1090 5698 10 513 14 892 4409 10 589 2444 49 635 4467
Березняки 2004 г 1780 7812 14 009 23 355 6723 17 191 4164 75 034 6753
Березняки 2008 г. 1895 8260 14 349 26 385 9272 15 720 2820 78 701 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 14 136 43 328 89 339 47 352 140 408 338 130 30 431
30% 2009−1995 1727 11 585 20 137 53 020 23 953 104 135 214 557 19 310
40% 2009−1995 917 9078 6212 22 458 19 152 84 197 142 014 12 781
50% 2009−1995 475 2760 3792 14 604 15 619 65 159 102 409 9217
70% 2009−1995 205 977 1128 5036 9404 30 849 47 596 4284
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.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 13−500 120)
Список литературы
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. 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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой