Потенциальные возможности системы «Арктика М», как инструмента для мониторинга природных пожаров

В докладе рассмотрена задача исследования возможностей уникальной высокоэллиптической гидрометеорологической космической системы (ВГКС) «Арктика-М» (Асмус и др., 2021) для решения задач обнаружения и мониторинга природных пожаров на территории Российской федерации. Принципиальной особенностью данной системы является то, что она должна обеспечивать непрерывное (раз в 15 минут) наблюдение северных территорий. Когда в эксплуатацию будет введен второй аппарат системы («Арктика-М» №2), система фактически обеспечит возможность непрерывного мониторинга практически всей территории России. Основной установленный на КА прибор МСУ-ГС/ВЭ (Гектин и др. 2021) позволяет получать данные в диапазонах 3,5–12,5 мкм, которые традиционно используются для детектирования пожаров. В тоже время, система обладает невысоким пространственным разрешением (4х4 км), что, безусловно, ограничивает возможности ее применения для решения задач мониторинга пожаров. Поэтому для оценки возможности применения ВГКС «Арктика-М» для мониторинга природных, в первую очередь лесных, пожаров был проведен анализ данных, полученных в пожароопасном сезоне 2023 года и сравнение их с информацией, получаемой на основе приборов MODIS (спутники Terra и Aqua) и VIIRS (спутники Suomi NPP и JPSS1) в системе ИСДМ-Рослесхоз (https://nffc.aviales.ru, Лупян и др, 2015, Ковалев и др. 2019). Данные Арктика-М оперативно поступают в ИСДМ-Рослесхоз на основе использования автоматической технологии обработки данных, реализованной в НИЦ «Планета» (Бриль и др., 2022, Бурцев и др. 2021).
Основными задачами проводимого анализа (Антипова и др., 2023) были: качественная оценка возможности наблюдения действующих пожаров с использованием данных прибора МСУ-ГС/ВЭ, установленного на спутнике «Арктика-М» №1; количественная оценка вероятности наблюдения очагов горения различной площади прибора МСУ-ГС/ВЭ; формулировка основных задач, связанных с мониторингом пожаров, для которых может использоваться ВГКС «Арктика-М» и приоритетных направлений разработок, которые должны быть выполнены для обеспечения решения этих задач.
Качественная оценка показала, что во многих случаях на данных спутника «Арктика-М» №1 в местах действия пожаров, детектированных и контролируемых ИСДМ-Рослесхоз, наблюдаются ярко выраженные тепловые аномалии. Для более детального анализа проведена количественная оценка вероятности наблюдения очагов горения различной площади прибором МСУ-ГС/ВЭ. Она осуществлялась на основе сравнения данных о зонах горения в конкретные сутки, детектированных в ИСДМ-Рослесхоз и результатов интеграции данных, полученных ВГКС «Арктика-М» за те же сутки. Для этого были сформированы растровые карты суточных максимумов в канале 3,5-4 мкм.
Для оценки вероятности наблюдения очагов горения различной площади по данным прибора МСУ-ГС/ВЭ было выбрано 5567 зон горения, детектированных за период с 1 июля по 17 сентября 2023 года на территории Якутии и Хабаровского края. Данные были разбиты на 7 классов по площади суточного прироста зоны горения. Для всех выбранных пожаров был проведен анализ соответствующих карт максимальных температур. Была оценена вероятность обнаружения пожаров для каждого из выбранных классов. Как показал проведённый анализ, зоны горения площадью выше 3500 Га потенциально могут быть достаточно уверенно (с вероятностью более 80%) детектироваться на основе информации ВГКС «Арктика-М». В то же время, небольшие пожары (площадью до 500 Га) обнаружить не удалось. С учётом полученных результатов, сложно утверждать, что ВГКС «Арктика-М» без разработки специальных подходов к анализу данных может дать преимущества в раннем обнаружении пожаров. В тоже время, дополнительно проведенный анализ ситуаций возникновения пожаров показывает, что в ряде случаев, в силу больших перерывов между пролетами низкорбитальных спутниковых систем информация ВГКС «Арктика-М» может давать подтверждающую информацию о развитии пожарной обстановки.
Таким образом, ВГКС «Арктика-М» за счет обеспечения фактически непрерывного наблюдения, безусловно, обладает потенциалом контроля состояния действующих пожаров, в первую очередь крупных. Поэтому, следует считать целесообразным разработку подходов, использующих эти возможности для оценки состояния и оперативного прогнозирования развития пожаров. Также, отметим, что разработка новых подходов к анализу данных, особенно основывающихся на многовременных наблюдениях, требует проведения работ по повышению стабильности и точности географической привязки данных.
Исследование осуществлено при поддержке КГАУ «Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности» в рамках проекта «Цифровая импортозамещающая технология обнаружения лесных пожаров на основе использования уникальной российской спутниковой группировки Арктика-М с последующей интеграцией с системой ИСДМ-Рослесхоз» № 2023031409613. Работы поддержаны из средств гранта в форме субсидии НОЦ «Енисейская Сибирь» №075-15-2023-620 от 29 августа 2023 г. Подготовка и формирование специальных наборов данных, использующихся для выполнения работы, осуществлялось с использованием возможностей ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др. 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» Минобрнауки (госрегистрация № 122042500031-8).

Ключевые слова: дистанционное зондирование, высокоэллиптическая орбита, Арктика-М, дистанционный мониторинг лесных пожаров. 

Исследование осуществлено при поддержке КГАУ «Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности» в рамках проекта «Цифровая импортозамещающая технология обнаружения лесных пожаров на основе использования уникальной российской спутниковой группировки Арктика-М с последующей интеграцией с системой ИСДМ-Рослесхоз» № 2023031409613. Работы поддержаны из средств гранта в форме субсидии НОЦ «Енисейская Сибирь» №075-15-2023-620 от 29 августа 2023 г. Подготовка и формирование специальных наборов данных, использующихся для выполнения работы, осуществлялось с использованием возможностей ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др. 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» Минобрнауки (госрегистрация № 122042500031-8), включая УНУ "Вега - Science" (Лупян и др., 2021).