Мониторинг ландшафтных пожаров в пойме Нижнего Дона по данным детектирования активного горения

Пойманные ландшафты имеют важное значение в степных ландшафтах аридной зоны, являясь естественным оазисом в засушливых условиях. Пожары в поймах наряду с климатическими изменениями и зарегулированием речного стока являются существенным антропогенным фактором, определяющим состояние наземных пойменных экосистем [4, 5]. Состояние ландшафтов зависит от климатических и гидрологических условий в пойме реки, а также от антропогенных нагрузок, к которым можно отнести и пожары.

Ландшафтные пожары в аридных речных поймах, к которым можно отнести пойму Нижнего Дона, слабо изучены, в то время как лесным и степным пожарам посвящено много исследований [9]. За последние два десятилетия на юге нашей страны число пожаров увеличилось [8]. Территория поймы и дельты Нижнего Дона является водно-болотными угодьями и имеет прирородоохранное и хозяйственное значение. Регион исследования имеет нерестилища Азовоморского бассейна [3], многочисленны рыбные хозяйства, орошаемые земли, сенокосы. Пойма Дона является привлекательным местом для рыбаков и туристов, по вине которых могут случаться пожары. По некоторым данным каждый год территорию поймы посещаю более 150 тыс. человек. На Дону наблюдается период маловодья, продолжающийся уже более 2–3 десятилетий [6, 10], поэтому для сохранения пойменных ландшафтов очень важно проводить мониторинг пожарного режима как фактора динамики экосистем.

Одним из самых удобных инструментов экспресс-оценки пожарного режима ландшафтов является многолетний архив данных детектирования активного горения по спутниковым снимкам. Эти данные уже использовались для анализа горимости территории Северного Прикаспия, в том числе пойменных ландшафтов Нижней Волги [7].

Основой для исследования послужил архив данных очагов активного горения (термоточки) MCD14ML с 2001 по 2020 г., включающий данные термоточек со спутников Terra и Aqua, получаемых прибором MODIS. Архив данных загружен с официального сайта NASA, имеет разрешение 1000 м и ежедневное обновление информации [1]. Данные детектирования активного горения VIIRS разрешения 375 м не учитывались, т. к. доступны только с 2015-2016 гг. Соответственно для корректного многолетнего анализа необходим однородный ряд данных, поэтому использовались только данные MODIS. В атрибутивных данных детектирования активного горения содержится информации о дате возгорания, достоверность (от 0 до 100%), их яркость, координаты и т. д. Данные представляются в виде шейп-файла в географической системе координат WGS-84. Для дальнейших операций, шейп-файл термоточек загружен в геоинформационную среду, после чего был обрезан по маске границ региона исследования. В результате получено свыше 5 тыс. термоточек за исследуемый период. Геоинформационный анализ выполнен в программной среде QGIS, а статистическая обработка данных проведена в Microsoft Excel.

Территория исследования имеет площадь около 300 тыс. га. Согласно работам С.В. Жуковой, границы поймы Нижнего Дона разделены на 12 займищ: 1 - дельта Дона, 2 - Койсугское, 3 - Оль-гинское, 4 – Аксайское, 5 – Манычское, 6 – Сусатско-Подпольненское, 7 – Сальское, 8 – Кочетов-ское, 9 - Кагальницкое, 10 - Сухо-Кумшакское, 11 - Дубенцовское, 12 - Задоно-Кагальницкое [3]. Займище – это прибрежная территория, затопляемая весенним разливом. Полученный геинформационный слой был пересечен слоем с границами займищ, это позволило определить интенсивность возгораний и оценить их динамику в каждом займище.

За период исследования можно выделить годы с минимальной и максимальной интенсивностью природных пожаров (см. рис. 1). За 2005 и 2006 г. зафиксировано максимальное количество очагов активного горения, свыше 500. Минимальные значения отмечены в 2011 и 2016 г. Тренд количества термоточек не выражен: существенных тенденций в многолетней динамике количества пожаров нет.

Рис. 1. Распределение очагов активного горения в пойме р. Дон в 2001–2020 гг.

В различных частях поймы Нижнего Дона тенденции горимости отличаются. В дельте Дона уравнение тренда имеет угловой коэффициент 1,9, т. е. количество возгораний со временем увеличивается. Также положительное значение углового коэффициента линейного тренда наблюдается в Койсугском и Ольгинском займищах. Эти займища находятся ближе всего к устью реки, здесь могут сказываться сгонно-нагонные явления, поэтому условия увлажнения лучше. Также здесь больше доля околоводной растительности (например, тростник, рогоз), которая может выгорать ежегодно. На остальных займи- щах значения коэффициента линейного тренда отрицательные, что может означать, что количество пожаров снижается. Наиболее сильно это выражено на Аксайском займище.

В табл. 1 приведены значения сезонного распределение очагов активного горения MODIS по каждому займищу. Цифрами (от 2 до 11) обозначены месяцы от февраля до ноября. Более 20% всех термоточек приходится на территорию дельты Дона. В среднем на каждое займище приходится около 400 очагов активного горения за исследуемый период.

Таблица 1

Сезонное распределение очагов активного горения

Минимальное количество термоточек отмечено в Манычском, Кочетовском, Сухо-Кумшакском, Сальском займищах: по 2–3% всех термоточек в каждом. В Дубенцовском займище отмечено более 35% апрельских термоточек. В ландшафтах Нижнего Дона сезонное распределение количества термоточек делится почти поровну между на весенним (март-апрель) и летне-осенним (август-сентябрь) периодами (см. рис. 2).

Рис. 2. Сезонное распределение данных активного горения в пойме р. Дон в 2001–2020 гг.

К примеру, на Нижней Волге доля весенних пожаров может превышать 75%. Пожары ранней весной характерны для водно-болотных угодий, которые заливаются в начале лета, из-за чего вегетация здесь продолжается до осени. Донская пойма из-за маловодья заливается очень редко, соответственно наибольшая пожарная опасность здесь именно в летний период.

В ходе работ была разработана картограмма наиболее пожароопасного периода для каждого займища, где штриховкой показано распределение месяцев с максимальным числом термоточек (см. рис. 3). В дельте Дона и в Аксайском займище характерны пожары в сентябре. Займища, в которых пожароопасный месяц апрель – это Дубенцовское и Ольгинское. Вероятнее всего в этот период происходят тростниковые палы, а в летне-осенний период горят сухие луга. Опасный летний период отмечается в Койсугском, Сусатско-Подпольненском, Кочетовском, Задоно-Кагальницком займищах.

Рис. 3. Картограмма наиболее пожароопасного сезона на территории исследования

Полученные данные позволяют предварительно получить пространственное и сезонное распределение очагов активного горения в условиях поймы Нижнего Дона. Проделанная работа является предварительным этапом перед визуальным дешифрированием по спутниковым снимкам. Для определения выгоревших территорий необходимо использовать доступные спутниковые снимки высокого пространственного разрешения, например Sentinel и Landsat [2].

Результаты анализа показывают, что, несмотря на наличие существенных недостатков в системе наблюдения активного горения пожаров, основанной на данных прибора MODIS, полученная на основе их многолетняя статистика является достаточно представительной и может использоваться для исследования пожарных режимов территорий, в том числе нелесных. Для установления закономерностей пожарного режима региона необходимо продолжение работы по дешифрированию гарей и составление площадей с гидротермическими, гидрологическими и ландшафтными условиями, особенностями антропогенной нагрузки.

Установлен рост количества фиксируемых очагов активного горения в дельте Дона, Койсугском и Ольгинском займищах. Здесь необходимо совершенствование мер противопожарной профилактики: создание противопожарных прокосов и минерализованных полос. Также нужна разъяснительная работа с местным населением и туристами, поскольку большинство пожаров имеют антропогенные причины возникновения: от неосторожного обращения с огнем до умышленных поджогов и сельскохозяйственных палов.