01/10/2013
0Гринпис России готовит к публикации карту периодов повторяемости лесных пожаров (fire return intervals) в таежных и близких к ним лесах мира – по всей территории, находящейся севернее сорокового градуса северной широты. Карта основывается на данных системы FIRMS о термоточках (температурных аномалиях, фиксируемых сенсором MODIS спутников Terra и AQUA), приходящихся на леса, за период с 2001 по 2012 г.г. включительно. Основной смысл работы – выявить территории, где современная частота пожаров может привести к существенным изменениям в структуре лесных ландшафтов, сокращению их устойчивости и биологического разнообразия.
Многие лесные ландшафты, особенно в таежной зоне, исторически формировались под воздействием время от времени повторявшихся пожаров. Какая доля этих пожаров в историческом прошлом была связана с естественными причинами (молниями, вулканами и метеоритами) – однозначно сказать трудно, поскольку человек издревле не только был источником огня, но и существенно преобразовывал лесные ландшафты, влияя на их горимость. Как бы то ни было, совместное действие природных источников огня и хозяйственной деятельности человека тысячелетиями формировало лесные ландшафты, облик и динамика которых в большой степени определялись пожарами. Сейчас именно такой облик тайги и многих других лесов – в значительной степени сформировавшийся под влиянием огня – считается естественным.
Но частота и другие параметры лесных пожаров меняются с течением времени, поскольку меняется характер расселения и хозяйственной деятельности людей, вызывающих основную часть этих пожаров. До какого-то предела эти изменения можно считать не очень существенными с точки зрения влияния на биоразнообразие крупных территорий – поскольку и в прошлом пожарная динамика конкретных территорий претерпевала значительные изменения, и по сути своей она в большой степени имеет случайный, сильно переменчивый, характер. Но сильное изменение частоты лесных пожаров (и, соответственно, сокращение периодов повторяемости) может вести к значительному упрощению структуры лесных ландшафтов, сокращению количества пожарных рефугиумов (участков, развивающихся без воздействия огня в течение очень длительного времени) и занимаемой ими доли площади. Это, в свою очередь, может создавать значительные угрозы биологическому разнообразию – той его части, которая неразрывно связана с пожарными рефугиумами и вообще лесами, длительное время развивающимися без катастрофических нарушений.
Этот вопрос пока изучен недостаточно. Более того – во многих регионах мира, и многими специалистами по биологии таежных лесов, любые лесные пожары воспринимаются как естественный элемент лесной динамики, не представляющий серьезных проблем для биологического разнообразия лесных ландшафтов, в той или иной степени сформированных огнем. Пожары однозначно воспринимаются как бедствие с точки зрения потери лесных ресурсов или создаваемых угроз людям, но далеко не однозначно – с точки зрения угроз биологическому разнообразию лесов.
Оценить, насколько сильно современные параметры пожарной динамики отличаются от исторически сложившихся, в глобальном масштабе невозможно – слишком сильно отличаются особенности пожарной динамики разных регионов и ландшафтов друг от друга. Но в большом количестве работ, посвященных пожарной динамике минимально освоенных человеком лесов, периоды посторяемости лесных пожаров оцениваются в 60-80 лет и более. Если периоды повторяемости составляют менее шестидесяти, и тем более менее сорока лет – это позволяет предположить, что пожарная динамика лесных ландшафтов на соответствующей территории может существенно отличаться от исторически сложившейся, и пожары могут представлять существенную угрозу определенным компонентам естественных ландшафтов и их биологического разнообразия.
Во многих случаях пожары действуют совместно с другими крупномасштабными воздействиями на лес (например, сплошными рубками большой площади), и в этом случае их совместное действие может гораздо сильнее изменять структуру и динамику лесов, чем воздействие пожаров и рубок по отдельности. Но это вопрос для отдельного исследования – для его изучения пока не хватает данных.
Что же касается повторяемости пожаров, то ее сейчас можно оценить для любой части мира благодаря наличию единообразных данных системы FIRMS, основанных на снимках спутников Terra и AQUA. Эти данные доступны за период с 2001 года по настоящее время, но в нашей работе пока проанализированы данные только до 2012 года включительно. Эти данные не очень точно отражают некрупные пожары (до нескольких десятков гектаров), но весьма точны в отношении крупных лесных пожаров, на которые приходится основная часть пройденной огнем площади. Получаемые с их помощью оценки периодов повторяемости лесных пожаров не идеальны, но для территорий, характеризующихся преобладанием крупных лесных пожаров (а именно на них обычно приходятся участки с наименьшими периодами повторяемости лесных пожаров) они вполне приемлемы.
Методика составления карты повторяемости лесных пожаров такова.
Для анализа была взята территория, расположенная к северу от сороковой параллели – в нее входят все бореальные или таежные леса независимо от используемой системы классификации и зонирования (в работе мы ориентировались в первую очередь на то, чтобы изучить ситуацию в бореальных лесах крупных северных стран, сильнее всего страдающих от пожаров – России, Канады и США).
В качестве основных источников первичной информации использовались два набора данных, основанных на снимках MODIS и подготовленных разными группами специалистов Мэрилендского университета (США): карта лесного покрова с разрешением 250 метров, и карты термоточек (температурных аномалий) за период с 2001 по 2012 г.г. включительно.
Все данные были приведены к километровому разрешению, и построена карта лесов, пройденных лесными пожарами, с километровым разрешением. К покрытой лесом площади были отнесены пиксели, соответствующие сомкнутости крон деревьев 20% и более в какой-либо период с 2001 года. Для того, чтобы минимизировать ошибки, связанные с наложением термоточек, вызванных палами сухой травянистой растительности вблизи леса, на лес, одиночные пиксели или пиксели, расположенные группами по два, были удалены и не участвовали в дальнейшем анализе.
На основе этой карты с помощью алгоритма "плавающего окна" площадью в 1 миллион гектаров была построена карта повторяемости лесных пожаров. Период повторяемости рассчитывался по следующей формуле:
FRI=T×A/B,
где FRI – период повторяемости пожаров (fire return interval), лет;
T – период, за который есть данные;
А – площадь лесов рассматриваемой территории;
В – площадь, пройденная лесными пожарами.
В нашем случае в качестве показателя площади лесов рассматриваемой территории и площади, пройденной лесными пожарами в границах рассматриваемой территории, являлись количества соответствующих пикселей в пределах "плавающего окна", а время Т – 12 лет. Размер "плавающего окна" был выбран таким образом, чтобы он был крупнее самых больших известных лесных пожаров последних лет (по лесопокрытой площади). Кроме того, дополнительно были проделаны опыты с "плавающими окнами" других размеров, и было установлено, что в интервале от полумиллиона до трех миллионов гектаров изменение размера окна мало влияет на получаемую картину в целом.
Алгоритм "плавающего окна" подразумевает, что для каждого конкретного пикселя оценивался период повторяемости пожаров для круга площадью миллион гектаров с центром в этом пикселе.
В ряде случаев оказалось, что количество термоточек может отличаться во много раз на противопожарных берегах некоторых крупных рек (Амура и некоторых других). Для того, чтобы избежать влияния пожаров, расположенных на противоположном берегу непреодолимой для огня реки на период повторяемости пожаров, данные по берегам рек с шириной более 500 метров (включая участки, находящиеся ниже по течению от тех мест, где река достигает ширины в 500 метров) были проанализированы независимо друг от друга.
Вот итоговая карта – цветами обозначены периоды повторяемости пожаров в соответствии с легендой (для просмотра в более крупном масштабе нажмите на карту):
У полученной карты есть ряд неустранимых неточностей, связанных с техническими ограничениями исходных данных. В частности, данные системы FIRMS не учитывают значительную долю пожаров небольшой площади, которые, впрочем, дают относительно малый вклад в общую площадь, пройденную огнем. Этот источник неточностей может приводить к некоторой, в пределах нескольких процентов, недооценке частоты пожаров (то есть получению чуть больших, чем в действительности, периодов повторяемости пожаров).
В районах с сильно фрагментированным лесным покровом и широким распространением практики выжигания сухой травы и стерни на прилегающих к лесу землях часто случается так, что термоточки, вызванные палами травы и стерни, "наползают" на границы леса, и классифицируются как лесные пожары (эта проблема существует во всех системах дистанционного мониторинга лесных пожаров, основанных на данных MODIS). К сожалению, при использовании для выявления пожаров снимков километрового разрешения эта проблема в полной мере не устранима. Ее влияние было сведено к минимуму за счет удаления при анализе одиночных и сдвоенных пикселей леса (как пройденных, так и не пройденных огнем), но полностью его устранить невозможно. Этот источник неточностей может приводить к переоценке частоты пожаров в ряде районов с сильно фрагментированным лесным покровом (главным образом лесостепной зоны юга Западной Сибири и юго-запада Канады). Из-за этого неустранимого источника неточностей нам пришлось отказаться от идеи более дробного (по десять лет) деления наиболее часто прогорающих лесов по периодам повторяемости пожаров.
Кроме того, есть ряд условностей, связанных с использованным алгоритмом "плавающего окна". Радиус "окна", соответствующего площади в один миллион километров, составляет около 56 километров. Соответственно, если среди обширной лесной территории, не горевшей в течение последних двенадцати лет, оказывался один крупный лесной пожар (примерно 25 тыс. га или менее, в зависимости от лесистости), он приводил к появлению на карте круга с радиусом около шестидесяти пикселей. Это, разумеется, не значит, что на границах этого круга менялся интервал повторяемости пожаров – просто само понятие "интервал повторяемости пожара" имеет смысл применительно к достаточно крупной территории, в данном случае – к территории "плавающего окна".
Представленная здесь карта – это пока не законченный продукт, и мы просим всех посетителей Лесного форума, интересующихся проблемами лесных пожаров, высказать свои замечания и пожелания по ее поводу. Мы планируем доработать эту карту в течение ближайшего месяца с учетом полученных замечаний и выявленных ошибок.
