Оценка индекса антропогенного влияния на пожарную опасность территории Дальнего Востока России

e-mail: ,

e-mail: , 0000-0001-7254-198X

Состояние природной среды в современном мире зависит как от биофизических, так и от социальных факторов. Лес является существенной частью природной среды, а появление огня вносит глубокие изменения в растительный комплекс. Большая часть зарубежных работ, базирующихся на разнообразных индексах [2], посвящена изучению антропогенного влияния. В расчете индексов используются данные переписи населения [5], наборы геопространственных данных, включающих расстояния до разных антропогенных объектов, с учетом их плотности [6].

Влияние человека на состояние природы прослеживается в разных направлениях, в том числе и на возгорание растительности в лесу. Большая часть пожаров имеет антропогенное происхождение, поэтому изучение влияния человека на пирологическую уязвимость территории весьма актуально. Особенности влияния человека на пожароопасность территории имеют свои региональные закономерности [1, 3, 4, 7].

Дальневосточный федеральный округ Российской Федерации (ДФО) наряду с Сибирским являются лидерами в Российской Федерации по численности и площади пожаров. Фактическую горимость растительности в ДФО можно оценить по относительному числу пожаров, возникших на единице площади субъектов в среднем за сезон, и по относительной площади пожаров, приходящейся на единицу площади территории в среднем за сезон по многолетним данным. Анализ статистических данных показал, что на данной территории повышенная фактическая горимость по количеству пожаров и по их площади наблюдается в Амурской и Еврейской автономной областях, Приморском и Хабаровском краях.

Изучение влияния антропогенного фактора на количество и площадь пожаров в ДФО осу-

ществлялось с 1980-х гг. Новые методы и технологии позволяют в настоящее время провести исследование и с учётом современной пожароопасной обстановки изучить антропогенную пожароопасность в удаленных регионах Дальнего Востока с наибольшей горимостью растительности. В течение 1990-х гг. достигнуты значимые результаты в области дистанционного мониторинга Земли, появились достоверные глобальные карты землепользования и нарушенности растительного покрова.

Целью работы является исследование использования индекса антропогенного влияния Human Footprint Index (HFI) для оценки пожароопасной обстановки в результате хозяйственной деятельности человека в субъектах ДФО, наиболее подверженных возгоранию.

В работе используются материалы баз данных национальных международных организаций: Международного центра тропического сельского хозяйства (CIАТ), Европейской комиссии Объединённого научно-исследовательского центра (JRC) глобального мониторинга растительности (GVM).

Расчет индекса антропогенного влияния производится посредством наложения значений ряда факторов, воздействующих на экосистемы: распределение населения, урбанизация, дороги, судоходные реки и использование пахотных земель. Совокупное влияние этих факторов позволяет получить комплексный индекс. Нормализованный по глобальным биомам, этот набор данных используется для определения индекса антропогенного влияния Human Footprint Index (HFI) [7]. Шкала индекса ранжируется от 1 до 100 баллов, для каждого биома (степей, тропических лесов, умеренных широколиственных лесов) за единицу выбирается определенный уровень минимальной антропогенной нагрузки.

Интегральный индекс антропогенного влияния (HFI) рассчитывается на основе балльной оценки следующих критериев: плотность населения (чел./км²): 0–0,5 – 0 баллов; 0,6–1,5 – 1 балл; 1,6–2,5 – 2 балла; 2,6–3,5 – 3 балла; 3,6–4,5 – 4 балла; 4,6–5,5 – 5 баллов; 5,6–6,5 – 6 баллов; 6,6–7,5 – 7 баллов; 7,6–8,5 – 8 баллов; 8,6–9,5 – 9 баллов; более 9,5 – 10 баллов; влияние железных дорог: до 2 км – 8 баллов, далее 2 км – 0 баллов; влияние крупных автомагистралей: менее 2 км – 8 баллов, от 2 до 15 км – 4 балла, более 15 км – 0 баллов; влияние судоходных рек: до 15 км – 4 балла, более 15 км – 0 баллов; близость побережий: до 15 км – 4 балла, более 15 км – 0 баллов; постоянное яркое ночное освещение (по спутниковым данным

DMSP-OLS): 0 – 0 баллов; 1–38 – 3 балла; 39–88 – 6 баллов; более 89 – 10 баллов; cтепень урбанизации и землепользование: городские территории – 10 баллов; орошаемое земледелие – 8 баллов; неорошаемое земледелие – 3 балла; леса, тундра, пустыни и другие типы покрытий – 0 баллов. Отдельно рассматривались категории влияния на растительный покров для городских территорий, зон орошаемого земледелия, зон неорошаемого земледелия, других типов покрова, включая леса, тундру, пустыни [3]. Суммарный балл антропогенного влияния по восьми переменным оценивается по шкале от 0 до 64. В дальнейшем при нормализации индекса антропогенного влияния относительно 15 распространённых на планете биомов, принятых Всемирным фондом дикой природы, вычисляются баллы индекса антропогенного влияния HFI [7].

Относительная частота появления пожаров определялась соотношением пожароопасных сезонов с пожарами и общим количеством пожароопасных сезонов. Корреляционной анализ связи между двумя параметрами определялся в атрибутивных значениях регулярной сети операционно-территориальных единиц (ОТЕ), наложенной на территорию исследования.

Для хранения значений показателей антропогенного влияния и определения их воздействия на пожароопасность территории создана пространственно-временная база данных атрибутивных показателей ОТЕ.

База данных представлена реляционной моделью, состоящей из следующих таблиц: операционно-территориальные единицы: атрибутивные показатели регулярной сети; cубъект РФ: сведения о районах федерального значения; пожары растительности: местоположение пожаров растительности; водные ресурсы: ареал речной сети, местоположение больших рек, озер и прибрежных зон; дорожная сеть: местоположение автомобильных и железных дорог; населенные пункты: местоположение населенных пунктов с указанием количества проживающих жителей; тенденция: тренд изменения атрибутивных показателей ОТЕ. Заполнение базы данных осуществляется по ежегодным данным гидрометеорологических, лесоохранных и муниципальных служб, и в дальнейшем показатели агрегируются в сущность «ОТЕ».

Алгоритм переноса расчетных данных показателей индекса антропогенного влияния ОТЕ состоит из следующих этапов: создание карты относительной частоты появления пожаров рас- тительности за базовый период в ячейках регулярной сети; тематическое построение слоев распределения показателей антропогенного влияния; оверлейный перенос значений показателей антропогенного влияния в атрибутивные показатели таблицы ОТЕ; выборка атрибутивных показателей таблицы ОТЕ субъектов РФ и определение линейной зависимости относительной частоты появления пожаров растительности от показателя и индекса антропогенного влияния [2].

Оценка показателей и индекса антропогенного влияния производилась на территории четырех субъектов Дальнего Востока России c 2007 по 2016 гг.: Амурская область, Еврейская автономная область, Хабаровский край, Приморский край. На территории данных субъектов построена электронная карта распределения ОТЕ с разрешением 0,25º в проекции координат WSG 84. Наибольшее количество ОТЕ с высокой относительной частотой наблюдается в Амурской области и Еврейской автономной области, более 10%, при этом в Хабаровском крае около 83% пожаров возникают в труднодоступных местах, где природная антропогенная пожарная опасность ранее не наблюдалась.

Рассмотрим линейную корреляцию между усредненными значениями показателя индекса HFI и его значением с относительной частотой появления пожаров растительности в каждом субъектах юга ДФО (табл.).

Расчет коэффициентов детерминации между относительной частотой появления пожаров и каждым из антропогенных показателей по реги- онам исследования выявил наиболее 4 значимых фактора. Интегральный индекс HFI показывает очень высокую корреляционную связь с частотой пожаров в выделенных субъектах: коэффициент детерминации составляет 0,97 для Амурской области, 0,91 для Хабаровского края, 0,81 для Еврейской автономной области и 0,78 для Приморского края. Среди отдельных компонентов наиболее стабильное и высокое влияние на частоту пожаров оказывает дорожная сеть (RD), для которой значения коэффициента детерминации варьируют от 0,81 до 0,88 в разных регионах. Железные дороги (Rw) также демонстрируют заметную связь с пожарной активностью, особенно в Еврейской автономной области (0,88) и Хабаровском крае (0,81). В то же время такие факторы, как ночное освещение, судоходные реки и застроенность территории, показывают незначительную корреляцию, для пастбищ и пахотных земель корреляционная связь практически отсутствует.

Таким образом, при изучении антропогенного влияния на пожарную опасность в субъектах ДФО с наибольшей численностью пожаров выделены региональные особенности распределения источников возгораний. Индекс HFI имеет тесную связь с частотой пожаров в субъектах РФ, вклад отдельных компонентов (дороги, плотность населения, железные дороги, застроенность) подтверждает необходимость учета региональной специфики при планировании противопожарных мероприятий и оценке антропогенной нагрузки на растительные экосистемы юга ДФО.

Таблица

Коэффициент детерминации между показателями антропогенного влияния и относительной частотой появления пожаров

Table

Coefficient of determination between the anthropogenic influence and relative fires frequency indicators

№	Наименование субъекта РФ	Интегральный индекс HFI	s о & о	hQ Н О О О & н 1	о 2 К g § с	о S ® Н О	О о	с	Н о с к	S й со О п О 3 ^ я
1	Амурская область	0,97	0,88	0,24	0,016	0,32	0,27	0,11	0,48	0,62
2	Еврейская автономная область	0,81	0,86	0,03	0	0,2	0,45	0	0,01	0,88
3	Хабаровский край	0,91	0,81	0,08	0	0,67	0,04	0	0,78	0,81
4	Приморский край	0,78	0,81	0,39	0	0,67	0,44	0,04	0,67	0,71