CC BY
45
УДК 528.7:574 А.М. Климашин СГГ А, Новосибирск
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Важным фактором в локальных, региональных и даже глобальных экологических процессах являются лесные пожары. Планирование охраны лесов от пожаров, а также использование огня в различных целях лесного хозяйства должно регламентироваться применительно к конкретным лесным экосистемам, ландшафтам и лесорастительным зонам. Для этого необходимы исследования природы пожаров, условий их возникновения, распространения и развития, а также лесоводственных, экологических и экономических последствий воздействия огня на компоненты экосистемы.
Лесные пожары также являются мощным источником загрязнения атмосферы. Эмиссии аэрозольных частиц при обширных лесных пожарах являются важным климатическим и экологическим фактором.
Естественные лесные пожары, возникающие от неизвестных источников возгорания и стихийно распространяющиеся по территории, не могут быть базой для выявления ряда важных факторов, определяющих поведение пожара и степень воздействия на компоненты природной среды. В этом случае необходимые сведения можно получить экспериментально при натурном моделировании пожаров с заданными характеристиками поведения огня и последующего мониторинга послепожарных сукцессий [1].
Реконструкция пожаров позволяет выявить пожарные режимы, типичные для данного ландшафта и восстановить их многовековую ретроспективу в прошлом, которую можно использовать как основу для сравнения с современными режимами, а также для прогнозирования развития лесных экосистем.
При проведении натурно-модельных экспериментов по исследованию пожаров в бореальных лесах России, реализуемых в рамках международного проекта «Оценка и мониторинг воздействия гарей и интенсивности пожаров на эмиссии, баланс углерода, состояние и устойчивость лесов Средней Сибири», прежде всего, детально изучают состав растительного покрова, определяют запас лесных горючих материалов, подробно описывают все пологи леса и подлесок по известным методикам и т. д. [1].
Экспериментальные лесные участки, размером порядка 200x200 м, выбирались в разных лесорастительных зонах Красноярского края. При этом определялись характеристики, как процесса распространения пожара, так и характеристики компонентов биоценоза. Такие данные о лесном участке собирались до и после проведения контролируемых выжиганий, а также в последующие годы. Дополнительно к методам сбора информации об экспериментальном участке, традиционно применяемым экологами, предложен технологический цикл решения задач информационного обеспечения натурно-модельных экспериментов с применением цифровых
фотосъемок. Ряд характеристик, определяемых при проведении геоботанических описаний, возможно определять по материалам цифровых съемок разных масштабов, а для получения характеристик рельефа применять геодезическую съемку [2].
Эффективность методов фотосъемок обусловлена такими техническими характеристиками современных цифровых камер, как высокая разрешающая способность ПЗС - матриц и их высокая чувствительность, широкий диапазон фокусных расстояний, большой выбор установок экспозиционных параметров, возможность дистанционного управления камерами и др. Наличие таких параметров в камере обеспечивает широкие возможности при съемке различных объектов, отличающихся как по размерам, так и по динамике (дымовые облака), при этом позволяют работать в сложных условиях освещения.
Комплексное использование крупномасштабных цифровых съемок при натурно-модельных экспериментах обеспечивает оперативность и
сохранность сбора информации о компонентах экосистемы, которые могут быть уничтожены пожаром.
На рис. 1 представлены этапы натурных экспериментов и предложены методы информационного обеспечения таких исследований.
От характера рельефа участка зависит, в первую очередь, структура живого напочвенного покрова, а также особенности распространения фронта горения при пожаре. В силу того, что исследуемые участки представляют собой лесные массивы небольшого размера, сбор данных о рельефе целесообразно осуществлять геодезическим способом. Предложено использовать сеть базовых точек, которая разбивается на каждом
экспериментальном участке. Точки маркируются на местности
металлическими прутьями на расстоянии 25 м друг от друга. Схема расположения точек сети одного из участков показана на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема информационного обеспечения натурномодельных исследований лесных пожаров
Целью такой сети являлось привязка пробных площадок и получение целостного профиля различных слоев данных. По результатам геодезических измерений формировались цифровые модели рельефа (ЦМР) каждого участка. Такая модель важна для комплексного анализа накопленной разноплановой информации, характеризующей различные яруса растительности.
Важным информационным документом о состоянии участка служат панорамные изображения, дополняющие геоботаническое описание экспериментальных участков. Сложность их получения обусловлена густой лесной растительностью при требованиях максимальной обзорности и детальности. Для достижения этого, предлагается специальная методика проведения цифровой фотосъемки. Ее сущность заключается в выполнении круговой панорамной съемки, при этом, точки фотографирования закрепляются на месте и располагаются на разных сторонах участка, что необходимо для проведения режимных съемок (с этих же позиций). При этом с каждой точки делается серия перекрывающихся снимков (от 5 до 8), при
последовательном развороте камеры в горизонтальном направлении. Камера при этом устанавливается на штативе, который центрируется над закрепленной точкой и горизонтируется.
В дальнейшем с помощью графических компьютерных редакторов эти снимки преобразуются в цельное панорамное изображение. Общее представление об участке получается при формировании минимум четырех панорам снятых с базовых точек, расположенных на разных сторонах участка. Высокая детальность таких панорам достигается за счет использования при съемке цифровых фотоаппаратов, имеющих высокое разрешение изображения (в среднем 5-8 миллионов пикселей). В итоге получаем содержательный источник данных, который можно эффективно использовать при геоботаническом описании участков, а также на этапах отслеживания восстановления растительного покрова. Для оценки произошедших изменений на лесном участке после выжигания предлагается выполнять повторную панорамную съемку участков с тех же точек, с которых фотографировались участки до их выжиганий.
Также эффективным средством информационного обеспечения таких исследований являются крупномасштабные цифровые стереосъемки, которые позволяют детально изучать различные компоненты природной среды, и незаменимы при изучении динамических процессов [3].
Стереофотосъёмка покровной растительности выполняется с каждой точки сетки, разбитой на участке. По стереопарам восстанавливается объемная модель, при стереоскопическом наблюдении которой воспроизводится объективная картина состава и качества растительного покрова участка до пожара. Кроме того, могут быть измерены различные пространственные характеристики. В данных исследованиях детальная информация о состоянии растительности до пожара в виде стереомоделей имеет особо важное значение, т.к. они позволяют сохранить данные о растительном покрове до пожара, определить видовое разнообразие, а также проективное покрытие различных видов растительности, такая информация невосполнима [4].
Для реализации предложенных способов выбрано соответствующее математическое и программное обеспечение, в частности, для построения ЦМР используется Surfer, для формирования панорам - Photoshop, для работы со стереоснимками - Images 3D, Erdas, Photomodeler и т. д.
Так как данные научные исследования являются многолетними и направлены (в том числе) на выявление особенностей восстановления растительного покрова после пожаров, то является целесообразным выполнение повторных (через 1-2,3 года) панорамных и стереофотосъемок.
За период 2002 -2006 гг. накоплена обширная база данных, получены цифровые модели рельефа для одиннадцати экспериментальных участков, сформировано свыше 50 панорам и сфотографировано около 200 стереопар напочвенного покрова. Для эффективного использования полученных материалов необходима их систематизация. Для этих целей предложено создать мультимедийную базу данных, для которой разработана специальная
структура. Такая база создана и оформлена в виде CD-диска «Пожарный медведь».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванова, Г.А. Зонально-экологические особенности лесных пожаров в сосняках средней Сибири: дис. / Г.А. Иванова. - Красноярск, 2005. - 368 с.
2. Климашин, А.М. Применение цифровых крупномасштабных снимков для изучения воздействия лесных пожаров на компоненты биоценоза / А.М. Климашин // Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии: материалы 3-й Всерос. конф. молод. учен. - Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы, СО РАН, 2006. - 714 с.
3. Трубина, Л.К. Стереомодели в изучении биологических объектов: монография / Л.К. Трубина. - Новосибирск: СГГА, 2006.
4. Исследование воздействий пожаров на лесные экосистемы по материалам крупномасштабных цифровых съемок / А.М. Климашин, Л.К. Трубина, Г.А. Иванова, К.П. Куценогий // Сб. материалов междунар. науч. конгр. «ГЕ0-Сибирь-2006», 24-28 апр. 2006г. - Новосибирск. СГГА, 2006. - С. 249-254.
© А.М. Климашин, 2007
