Оценка нарушенности лесного покрова в Сибири по спутниковым данным в ИК диапазоне

В современных условиях стабильность и устойчивость функционирования экосистем Сибири во многом зависят от воздействия природных пожаров, как одного из наиболее значимых факторов нарушения растительных покровов. Послепожарные территории характеризуются долговременными температурными аномалиями, вызванными снижением показателей альбедо и, соответственно, избыточным прогревом в течение весеннее-летнего периода.
Цель данной работы – анализ количественных характеристик аномалий температуры на основе дистанционного мониторинга пожаров растительности в 2000-2018 гг.
В рамках работы «Моделирование и спутниковый мониторинг эффектов от тепловых аномалий подстилающей поверхности в сезонно-талом слое почв криолитозоны Сибири» впервые было предложено использование теплового ИК диапазона в задачах мониторинга нарушенностей лесных массивов. Данный метод был выбран в связи с тем, что температурные аномалии имеют долговременный характер. Они детектируются и после 10-15 лет восстановительных сукцессий. Также, использование традиционных методов оценки (например, NDVI) не в полной мере отображает уровень компенсации нарушенных участков подстилающей поверхности. Например, почва на участке мерзлотной зоны Сибири, по которому прошел пожар, подвержена дополнительному прогреву. Согласно данным численного моделирования было показано, что дополнительный прогрев приводит к увеличению глубины протаивания почвы на 10-20%.
Исследуемым районом является территория мерзлотной зоны Сибири с координатами 56.8° – 68.3° с.ш. и 87.2° – 114.9° в.д. На нем расположены бассейны рек Нижняя Тунгуска c площадью 473000 км2 и Подкаменная Тунгуска с площадью 240000 км2. Данная территория подвержена регулярному воздействию очагов лесных пожаров.
В работе использовался продукт MOD11B3, полученный по данным Terra/MODIS. Это усредненные за месяц данные температуры подстилающей поверхности с пространственным разрешением 6 км. Для каждого бассейна отдельно производился анализ спектральных характеристик исследуемой территории для периода времени с 2000 по 2018 гг. Рассчитывались такие показатели, как дисперсия D(X), среднее значение m и коэффициент вариации C_ν.
Изменение средне-летних значений коэффициента вариации (Cv) в пределах рассматриваемых территорий показало превышение уровня стандартного отклонения через год после пожароопасных сезонов в 2006, 2010, 2012, 2016 гг. для бассейна реки Нижняя Тунгуска и в 2007, 2010, 2012 и 2016 гг. для бассейна реки Подкаменная Тунгуска. Также показано увеличение тренда значений коэффициента вариации Cv для обоих бассейнов с течением времени. Динамика значений коэффициента вариации Cv определяется интегральным накопительным эффектом от тепловых послепожарных аномалий и имеет высокую корреляцию с площадями пожаров предыдущего сезона (r ~ 0,7).
Восстановительные процессы в лиственничниках в первые 10 лет не компенсируют температурные аномалии, в связи со значительными изменениями теплоизолирующих свойств поврежденной лесной подстилки после пожаров. Избыточный прогрев подстилающей поверхности в зависимости от срока послепожарного восстановления может приводить к увеличению сезонно-талого слоя на дополнительные 10–20 %, относительно среднестатистической нормы. В связи с повреждением растительности пожарами наблюдается межсезонное повышение индексов вариации Cv ( до 30-40%) на следующий год после экстремальных пожарных событий. Для Сибири эти индексы имеют тренд к повышению, что, как мы считаем, связано с накопительными эффектами воздействия пожаров на древостой.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности (№18-41-242003 «Моделирование и спутниковый мониторинг эффектов от тепловых аномалий подстилающей поверхности в сезонно-талом слое почв криолитозоны Сибири»).