Геоинформационный анализ динамики площадей очагов опустынивания в восточной части Ставропольского края

DOI:

В последнее десятилетие наблюдается возрастание интенсивности процессов опустынивания в восточной части Ставропольского края. Основными причинами увеличения скорости пространственного распространения песков и увеличения площади опустыненных территорий могут являться климатические особенности территории исследования, деградация защитных лесных насаждений и интенсивное протекание этих процессов на сопредельных территориях, в том числе, в северной и западной части Республики Дагестан [2; 3; 5; 12].

Целью исследования было выявление динамики площадей очагов опустынивания и территорий, занятых песками, в восточных муниципальных районах Ставропольского края.

Для оценки динамики процессов опустынивания в восточных муниципальных районах Ставропольского края была поставлена задача – провести дешифрирование материалов дистанционного зондирования Земли высокого и сверхвысокого разрешения для выявления очагов опустынивания в ретроспективе, провести анализ полученных результатов с использованием гео-информационных и статистических методов.

Материалы и методы исследования

Поскольку предметом исследования были выбраны восточные районы Ставропольского края, граничащие с Республикой Дагестан; дешифрирование проводилось на территории Левокумского, Степновского, Курского муниципальных районов, Нефтекумского городского округа.

Исходя из требований к разрешению материалов дистанционного зондирования Земли для визуального дешифрирования, были выбраны мультиспектральные снимки, выполненные космическими аппаратами Sentinel и Landsat с пространственным разрешением 10 м и 30 м соответственно. Для дешифрирования подобрана комбинация спектральных каналов, представляющая изображение в естественных цветах. Комбинация «естественные цвета» обеспечивает высокую контрастность участков, покрытых растительностью, как травянистой, так и древесной, голых земель, участков, покрытых песками, и распаханных земель. Естественные цвета композитного изображения также позволяют проводить дешифрирование без использования спектральных расшифровок. Составлены композитные растры, включающие красный, зеленый и синий спектральные каналы. Для обеспечения максимальной контрастности все снимки были подобраны в соответствии с усредненными рамками вегетационного периода (с мая по сентябрь). В связи с постепенным течением процессов опустынивания и пространственным распространением очагов, для дешифрирования был выбран интервал в 10 лет, начиная с 1990 по 2020 год [11; 13].

Для обработки растровых материалов дистанционного зондирования, создания и редактирования тематических векторных материалов, геоинформационного анализа и составления итоговых картографических материалов использовалось свободно распространяемое геоинформационное программное обеспечение «QGIS 3.4». Обработка статистической информации проводилась в MS «Excel».

Дешифрирование проводилось визуальным методом с выявлением очагов опустынивания по прямым дешифровочным признакам – по яркому светлому цвету (от белого до желтого) в комбинации спектральных каналов, эквивалентной естественным цветам. Материалы Sentinel при соответствующей обработке и хорошем освещении позволяют различить дюны на территории крупных по площади очагов опустынивания в виде волнообразных вытянутых объектов, отличающихся более светлым тоном от окружающего песка, и отбрасываемой ими более темной тени аналогичной формы [8; 9].

Каждый выявленный очаг опустынивания был внесен в векторный shape-файл с присвоением уникального идентификационного номера, что позволяет анализировать динамику площади, местоположения и внутренней структуры каждого объекта. Обобщенные данные о площади и количестве очагов приведены в таблице.

Результаты и обсуждение

В результате дешифрирования материалов дистанционного зондирования было выявлено, что основная масса очагов опустынивания концентрируется в восточной части территории исследования. Наименее подвержен распространению очагов опустынивания Степновский муниципальный район, в основном, из-за своего пространственного расположения и конфигурации. Наиболее интенсивное распространение очагов опустынивания выявлено в Курском муниципальном районе и в Нефтекумском городском округе, но при этом на территории Курского муниципального района при большой площади распространения процессов опустынивания наблюдается малая общая площадь очагов опустынивания (от 1 до 9 км2 в каждой ячейке регулярной сети).

По полученным в результате дешифрирования растровых материалов и геоинформаци-онного картографирования векторным данным составлена карта-схема, на которой территория рассматриваемых муниципальных районов Ставропольского края разбита регулярной сетью на квадраты со стороной 5 км. Каждый квадрат окрашен или заполнен штриховкой в соответствии с общей площадью входящих в него очагов опустынивания – от 91 м2 до 21 км2 (см. рис. 1).

В результате последовательного дешифрирования материалов дистанционного зондиро- вания с временным интервалом в 10 лет было выявлено, что ряд очагов опустынивания были укреплены защитными лесными насаждениями искусственного происхождения или возникновением растительности естественного происхождения и выведены из списка очагов.

Показатель средней площади очага, как и общая площадь очагов в рассматриваемых районах, резко увеличивается в период с 2010 по 2020 г. в связи с распространением больших по площади очагов опустынивания и развеваемых песков на территории Левокумского муниципального района. На территории Левокумского муниципального района было обнаружено взрывное увеличение занятых песками участков (до 2 751 922 км2) в указанное десятилетие. Характер распространения очагов опустынивания в этой области позволяет предположить, что данное явление связано не только с недостатком защитных лесных насаждений и интенсивной хозяйственной деятельностью, но и с интенсификацией процессов опустынивания на сопредельных территориях (в приграничных муниципальных районах Республики Дагестан), а также с распространением ландшафтных пожаров [1; 4; 6; 7; 10].

Процессы опустынивания на территории Курского и Степновского муниципальных районов характеризуются распространением множества небольших очагов опустынивания, что может быть обусловлено концентрацией на данной территории скотоводства. Такие очаги являются относительно стабильными и редко увеличиваются по площади, а также наиболее удобны для лесомелиоративного воздействия. Также на территории этих муниципальных районов находится основная часть территорий со снижающейся (до 92 %) площадью очагов опустынивания.

По полученным в процессе статистической обработки результатов картографирования составлена карта-схема динамики распространения очагов опустынивания, где территория восточных муниципальных районов Ставропольского края разбита регулярной сетью на квадраты со стороной 5 км. Ячейки регулярной сети заполнены штриховкой, отображающей изменение площадей очагов в процентном соотношении площади 2020 г. к площади года образования очагов в данном квадрате – от сокращения на 92 % до увеличения более чем на 2 млн % (см. рис. 2).

Количественные результаты дешифрирования

Показатель	1990 г.	2000 г.	2010 г.	2020 г.
Общая площадь (км2)	168	180	186	767
Средняя площадь очага (м2)	57 797	49 219	46 068	145 397
Количество очагов	2 908	3 659	4 051	5 280

Рис. 1. Карта-схема пространственного распространения очагов опустынивания и их площадей

КАРТА-СХЕМА динамики площадей очагов опустынивания в восточной части Ставропольского края

Изменение площадей очагов

Q -92 - О

£3 0- 100

7ZA 100- 1000

И 1000 - 10000

ИШ 10000-500000

S 500000- 1000000

И 1000000-2751922

(в процентном соотношении площади 2020 года к площади года образования очага)

1:30 000

Рис. 2. Карта-схема изменения площадей очагов опустынивания

Заключение

Полученные материалы отображают реальную ситуацию, связанную с развитием процессов опустынивания в восточных районах Ставропольского края. Камеральное дешифрирование позволяет обрабатывать большие объемы данных в сжатые сроки и получать обновленную информацию как на каждый год, так и на каждый месяц для уточнения ретроспективных данных. Результаты дешифрирования позволяют определить наиболее уязвимые территории, прогнозировать распространение очагов опустынивания, а также планировать лесомелиоративные мероприятия, направленные на борьбу с данными процессами.