Развитие методов прогноза и мониторинга последствий воздействия природных пожаров  на трансформацию растительного покрова на основе многолетних временных рядов данных дистанционного зондирования

Исследования и разработки в 2018 году были направлены на исследование возможности долгосрочного мониторинга поврежденных пожарами лесов и использования зимних спутниковых изображений для оценки последствий воздействия пожаров на леса. В настоящее время имеются широкие возможности использования спутниковых данных для решения задач мониторинга природных пожаров и оценки их последствий. Накоплен опыт использования различных методов и технологий, позволяющих детектировать очаги горения и измерять пройденные огнем площади, а также оценивать последствия воздействия пожаров на леса. Вопрос использования спутниковых данных для оценки состояния лесов и её динамики в последующие за пожаром годы исследован в меньшей степени.

Были проведены экспериментальные исследования, характеризующие возможности количественной оценки состояния поврежденных лесов через несколько лет после воздействия пожара по данным многоспектральных спутниковых измерений. Были использованы независимые опорные данные о повреждениях лесов, собранные ранее в ходе наземных обследований тестовых участков в Амурской, Иркутской, Томской областях, республики Коми и Красноярского края.

В ходе анализа было установлено, что уравнение связи показателя средневзвешенной категории состояния (СКС) лесов и спутникового индекса RdSWVI через несколько лет после воздействия пожара может значительно отличатся на разных участках, при этом основанной причиной обнаруженных отличий является зарастание травянистой растительностью и последующим изменение спектральных свойств поверхности (рис 1). Таким образом, установлено, что при оценке долгосрочных последствий воздействия пожаров на леса необходим учет фактора влияния подстилающей поверхности на отражательную способность лесов.
Для вечнозеленых хвойных насаждений степень дефолиации и дехромации лесов, которые применяются в качестве основных признаков при оценке состояния деревьев, являются наиболее устойчивыми при сравнении с листопадными деревьями, для которых характерно ежегодное обновление листвы. Была исследована возможность использования зимних спутниковых изображений для оценки повреждения и гибели хвойных лесов через несколько лет после воздействия пожара на основе данных, полученных в Красноярском крае и республике Коми. Была обнаружена устойчивая зависимость СКС от индекса RdNDVI, рассчитываемого на основе значений NDVI до и после пожара. Данная зависимость показала хорошую согласованность для двух тестовых участков (рис. 2).
Была построена общая зависимость СКС от индекса RdNDVI, полученная путем объединения наблюдений в республике Коми и Красноярском крае: СКС=10.34*RdNDVI+1.8. На основе данной зависимости был рассчитан показатель СКС для одного их пожаров в республике Коми. Сравнение с показателем СКС, рассчитанным на основе летних данных показывает довольно хорошую согласованность (рис. .3), при этом результаты расчета по зимним данным характеризуются более высоким уровнем  шума, особенно на участках не занятыми хвойными породами.

 Рис. 1 - Графики зависимостей СКС от rdSWVI в республике Коми и в Красноярском крае (показано серым), опорная зависимость СКС от RdSWVI, полученная в год пожара (показано черным), а также фотографии погибших лесов этих регионов

     

Рис. 2 - Графики зависимости СКС от индекса RdNDVI, полученного по зимним данным сразу после пожара (черный график) и через несколько лет после пожара (серый график) в республике Коми (слева), в Красноярском крае (справа)

     
Рис. 3 - Сравнение значений СКС лесов, полученных по летним (слева) и зимним (справа) спутниковым данным

Для одного из пожаров в республике Коми была построена двумерная гистограмма, содержащая оценку СКС для каждого пиксела, полученную на основе использования летних и зимних спутниковых данных (рис. 4).

 
Рис. 4 - Сравнение значений СКС, рассчитанных для поврежденных пожаром лесов на основе двух различных уравнений связи с вегетационными индексами (по горизонтали –по зимним данным, по вертикали – по летним данным)

Несмотря на имеющийся разброс, значительная часть пикселей лежит вблизи линии y=x, что говорит о согласованности результатов. В целом гистограмма показывает отсутствие значительных систематических сдвигов, показывая принципиальную возможность использования зимних спутниковых данных для оценки степени повреждения хвойных лесов пожарами лесов. Дальнейшие работы могут быть направлены на более широкое исследование применимости зимних изображений для оценки последствий пожаров, а также возможность их применения для выявления усыханий хвойных лесов, не связанных с воздействием огня.