sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556620050118sergeogr-1158Research ArticleРегиональные географические проблемыRegional Geographical ProblemsПротивопожарный потенциал лесов водоохранной зоны озера Байкал (на примере территории Байкало-Ленского заповедника)Fire-Fighting Capability of Forests in Water Protection Zone of Lake Baikal (Case Study of Baikal-Lena Nature Reserve)МедведковА. А.MedvedkovA. A.

Москва

Moscow

a-medvedkov@bk.ruКотоваМ. В.KotovaM. V.

Москва

Moscow

mariakot121212@gmail.comМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Московский государственный областной университетРоссияLomonosov Moscow State University; Moscow Region State UniversityRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202006112020845764–775Copyright © Медведков А.А., Котова М.В., 20202020Медведков А.А., Котова М.В.Medvedkov A.A., Kotova M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1158

Предложена методика оценки противопожарного потенциала разных типов леса, базирующаяся на обработке данных тепловой инфракрасной съемки со спутника Landsat TM и полученных на этой основе температур поверхности для лесных ландшафтов с разными биопродукционными характеристиками. Методика применена к условно-коренным лесам Байкало-Ленского государственного природного заповедника. Возможность использования температур поверхности для оценки противопожарной роли разных типов леса опирается на уравнение теплового баланса земной поверхности, учитывающее теплоту испарения (т.е. поток скрытого тепла) и турбулентный поток явного тепла от подстилающей поверхности. На основе анализа тепловых инфракрасных снимков получены термические значения, отражающие меру выброса ландшафтом потока явного тепла: чем он больше, тем меньше поток скрытого тепла в форме транспирации и физического испарения с растительного полога и, соответственно, выше значения приповерхностных температур, различающиеся по типам леса. Типы леса с наиболее высокой противопожарной ролью отличаются более высоким потенциалом влагообмена и наименьшими значениями приповерхностных температур. Их анализ вместе с показателями NDVI и NDMI и сведениями о зарегистрированных очагах пожаров за экстремально жаркие летние периоды с 2011 по 2017 гг. позволил выявить наиболее уязвимые к пожарам типы леса Байкало-Ленского заповедника. Наиболее пожароопасные лесные ландшафты в геоморфологическом отношении приурочены к долинам межгорных понижений, низинам, днищам котловин, предгорным возвышенностям и пологим склонам – в разной степени переувлажненным территориям с островами льдистых пород и низкими значениями фитомассы. Эти природные комплексы наиболее пожароопасны в периоды продолжительных засух, что обусловлено их пониженным транспирационным потенциалом в сравнении с лесами на талых породах.

The methodology of comparative assessment the fire-fighting capability of different forest types based on processing of thermal infrared imaging Landsat TM data and surface temperatures of forest landscapes with different bioproduction characteristics received on that basis is reviewed. This methodology has been applied to modal geosystems of Baikal-Lena Nature Reserve located in water protection zone of Lake Baikal. The opportunity to use surface temperatures for the assessment of fire-fighting role of different forest types is based on the equation of heat balance (R) of the Earth surface as the sum of heat of evaporation (i.e. a stream of latent heat) and turbulent flow from underlying surface. Thermal values were received by interpretation thermal infrared images and reflect the degree of the emission of obvious heat by a landscape. The more obvious heat flow emissions, the less latent heat flow in form of transpiration and physical evaporation from vegetation canopy and more near surface temperatures values. The values of surface temperatures and NDVI and NDMI indexes were analyzed and information about registered hot spots due to extremely hot summer periods from years 2011 till 2017 was applied to identify more vulnerable forest types between modal geosystems of Baikal-Lena Nature Reserve. Most fire vulnerable forest landscapes coincide with intermountain depressions valleys, lowlands, bottom of intermountain basins, submontane uplands and smooth hillsides. Those have different degree of waterlogged areas with islands of frozen rocks and low values of phytomass. These nature complexes are more fire-dangerous in periods of long droughts due to lower transpiration potential and less influence on micro- and mesoclimat as compared with forest on unfrozen rocks.

природные факторы пожароопасностигоримость лесасибирская тайгатранспирационный потенциалтепловой инфракрасный диапазонлес на мерзлотеБайкальская природная территорияnatural fire hazard factorsforest burningSiberian taigatranspiration potentialthermal infrared rangepermafrost forestBaikal natural territoryReferencesБайкал. Атлас / Под ред. Г.И. Галазия. М.: Роскартография, 1993. 160 с.Baikal. Atlas [Baikal. Atlas]. Galazii G.I., Ed. Moscow: Roskartographiya Publ., 1993. 160 p.Балдина Е.А., Грищенко М.Ю. Методика дешифрирования разновременных космических снимков в тепловом инфракрасном диапазоне // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2014. № 3. С. 35–41.Baldina E.A., Grishchenko M.Yu. Methodics for deciphering multi-temporal satellite images in the thermal infrared range. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 2014, no. 3, pp. 35–41 (In Russ.).Бобылев С.Н., Минаев В.С., Соловьев С.В., Третьяков В.В. Эколого-экономический индекс регионов Российской Федерации. М.: WWF, 2012. 150 с.Bobylev S.N., Minaev V.S., Solov'ev S.V., Tret’yakov V.V. Ekologo-ekonomicheskii indeks regionov RF [Ecological and Economic Index of the Regions of the Russian Federation.] Moscow: WWF, 2012. 150 p.Бобылев С.Н., Стеценко А.В. Лесные проекты: климатические изменения и экосистемные услуги // Тр. Санкт-Петербургского науч.-исслед. ин-та лесного хоз-ва. 2016. № 3. С. 77–89.Bobylev S.N., Stetsenko A.V. Forest projects: climate change and ecosystem services. Tr. S.-Peterb. Nauchn.Issled. Inst. Lesnogo Khozyaistva, 2016, no. 3, pp. 77–89 (In Russ.).Борисов Б.З., Фёдоров П.П., Чикидов И.И., Десяткин А.Р. Выделение многолетнемерзлых пород в зоне их островного распространения по тепловым каналам спутниковых снимков Landsat-7 ETM+ // Успехи совр. естествознания. 2017. № 5. С. 78–82.Borisov B.Z., Fedorov P.P., Chikidov I.I., Desyatkin A.R. Identifying of permafrost in the zone of their island distribution through the thermal channels of satellite images Landsat-7 ETM+. Usp. Sovrem. Estestvoznaniya, 2017, no. 5, pp. 78–82. (In Russ.).Будыко М.И. Глобальная экология. М.: Мысль, 1977. 328 с.Budyko M.I. Global’naya ekologiya [Global Geoecology]. Moscow: Mysl' Publ. 1977. 328 p.Волокитина А.В. Совершенствование оценки природной пожарной опасности в заповедниках // География и природные ресурсы. 2017. № 1. С. 55–61.Volokitina A.V. Improving the assessment of the natural fire hazard in nature reserves. Geogr. Nat. Resour., 2017, no. 1, pp. 46–51.Волокитина А.В., Софронов А.М. Классификация и картографирование растительных горючих материалов. Новосибирск: СО РАН, 2002. 306 с.Volokitina A.V., Sofronov A.M. Klassifikatsiya i kartografirovanie rastitel'nykh goryuchikh materialov [Classification and Mapping of Vegetable Combustible Materials]. Novosibirsk: Sibir. Otd-e RAN, 2002. 306 p.Выхристюк М.М. Фитоклимат прибрежных лесов северного Байкала. Новосибирск: Наука, 1980. 216 с.Vykhristyuk M.M. Fitoklimat pribrezhnykh lesov severnogo Baikala [Phytoclimate of the Coastal Forests of Northern Baikal]. Novosibirsk: Nauka Publ. 1980. 216 p.Галенко Э.П. Температурный режим воздуха старовозрастного ельника средней тайги // Изв. ВУЗов. Лесной журн. 2013. № 3. С. 45–56.Galenko E.P. Temperature regime of air of an oldgrowth spruce tree of the middle taiga. Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved. Lesnoi Zh., 2013, no. 3, pp. 45–56 (In Russ.).Галенко Э.П. Энергетические факторы продуктивности хвойных лесов северной тайги // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1976. № 4. С. 84–89.Galenko E.P. Energy factors of productivity of coniferous forests of the northern taiga. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 1976, no. 4, pp. 84–89 (In Russ.).Горшков С.П. Интегральные эколого-экономические индексы и проблема Киотского протокола // Пробл. регион. экологии. 2013. № 4. С. 256–261.Gorshkov S.P. Integrated environmental and economic indices and the Kyoto protocol problem. Probl. Reg. Ekol., 2013, no. 4, pp. 256–261 (In Russ.).Горшков С.П. Организованность биосферы и устойчивое развитие // Жизнь Земли. 2015. Т. 37. С. 62–84.Gorshkov S.P. Organization of the biosphere and sustainable development. Zhizn’ Zemli, 2015, vol. 37, pp. 62–84 (In Russ.).Гусев В.Г., Лопухова Е.Л., Дубовый В.К. Классификация и общие свойства лесных горючих материалов // Изв. ВУЗов. Лесной журнал. 2012. № 1 (325). С. 134–145.Gusev V.G., Lopukhova E.L., Dubovyi V.K. Classification and general properties of forest combustible materials. Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved. Lesnoi Zh., 2012, no. 1(325), pp. 134–145 (In Russ.).Евдокименко М.Д. Факторы горимости Байкальских лесов // География и природные ресурсы. 2011. № 3. С. 51–57.Evdokimenko M.D. Factors of fires in the Baikal forests. Geogr. Prir. Resur., 2011, no. 3, pp. 51−57 (In Russ.).Золотокрылин А.Н. Климатическое опустынивание. М.: Наука, 2003. 246 с.Zolotokrylin A.N. Klimaticheskoe opustynivanie [Climate Desertification]. Moscow: Nauka Publ., 2003. 246 p.Карпечко Ю.В., Бондарик Н.Л. Гидрологическая роль лесохозяйственных и лесопромышленных работ в таежной зоне Европейского Севера России. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2010. 225 с.Karpechko Yu.V., Bondarik N.L. Gidrologicheskaya rol' lesokhozyaistvennykh i lesopromyshlennykh rabot v taezhnoi zone Evropeiskogo Severa Rossii [The Hydrological Role of Forestry and Forestry Operations in the Taiga Zone of the European North of Russia]. Petrozavodsk: KarNTs RAN, 2010. 225 p.Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов // Вопр. лесной пирологии. Красноярск: Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1970. С. 5–58.Kurbatskii N.P. Study of the quantity and properties of forest combustible materials. In Vopr. lesnoi pirologii [Questions of Forest Pyrology]. Krasnoyarsk: Inst. Lesa i Drevesiny Sibir. Otd. AN SSSR, 1970, pp. 5–58 (In Russ.).Макаренко Е.Л. Лесные пожары и их последствия в Центральной экологической зоне Байкальской природной территории // Интерактивная наука. 2016. № 5. С. 9–12.Makarenko E.L. Forest fires and their consequences in the Central Ecological Zone of the Baikal Natural Territory. Interaktivnaya Nauka, 2016, no. 5, pp. 9–12 (In Russ.).Матвеев П.М. Последствия пожаров в лиственничных биогеоценозах на многолетней мерзлоте. Красноярск: СибГТУ, 2006. 268 с.Matveev P.M. Posledstviya pozharov v listvennichnykh biogeotsenozakh na mnogoletnei merzlote [The Consequences of Fires in Larch Biogeocenoses in Permafrost]. Krasnoyarsk: Sibir. Gos. Tekhn. Univ., 2006. 268 p.Медведков А.А. Индикация состояния мерзлотнотаежных ландшафтов на южной периферии криолитозоны в условиях изменяющегося климата // Вестн. Моск. обл. ун-та. Сер. Естест. науки. 2018. № 1. С. 18–28.Medvedkov A.A. Indication of the state of permafrosttaiga landscapes on the southern periphery of the permafrost zone in a changing climate. Vestn. Mosk. Gos. Obl. Univ., Ser.: Estestvennye Nauki, 2018, no. 1, pp. 18–28 (In Russ.).Медведков А.А. Картографирование криогенных ландшафтов на основе анализа тепловых снимков / ИнтерКарто/ИнтерГИС. 2016. Т. 22. № 1. С. 380–384.Medvedkov A.A. Mapping of cryogenic landscapes based on the analysis of thermal images. InterKarto/InterGIS, 2016, vol. 22, no. 1, pp. 380–384 (In Russ.).Медведков А.А. Мерзлотные ландшафты – источники повышенной пожароопасности сибирской тайги в условиях потепления климата / Анализ, прогноз и управление природными рисками в современном мире (ГЕОРИСК-2015). М.: РУДН, 2015. Т. 2. С. 483–486.Medvedkov A.A. Permafrost landscapes - sources of increased fire hazard of the Siberian taiga in conditions of climate warming. In Analiz, prognoz i upravlenie prirodnymi riskami v sovremennom mire (GEORISK–2015) [Analysis, Prediction and Management of Natural Risks in Modern World (GEORISK–2015)]. Moscow: RUDN, 2015, vol. 2, pp. 483–486 (In Russ.).Медведков А.А. Подходы к оценке противопожарной функции лесных ландшафтов в условиях бореальной криолитозоны / Анализ, прогноз и управление природными рисками с учетом глобального изменения климата (ГЕОРИСК-2018). М.: РУДН, 2018. Т. 2. С. 209–213.Medvedkov A.A. Approaches to the assessment of the fire function of forest landscapes in the conditions of the boreal permafrost zone. In Analiz, prognoz i upravlenie prirodnymi riskami v sovremennom mire (GEORISK 2015) [Analysis, Prediction and Management of Natural Risks in Modern World (GEORISK–2015)]. Moscow: RUDN, 2018, vol. 2, pp. 209–213 (In Russ.).Медведков А.А. Среднетаежные геосистемы Приенисейской Сибири в условиях меняющегося климата. М.: МАКС Пресс, 2016. 144 с.Medvedkov A.A. Srednetaezhnye geosistemy Prieniseiskoi Sibiri v usloviyah menyayushchegosya klimata [Midtaiga Geosystems of the Yenisei Siberia in a Changing Climate]. Moscow: MAKS Press, 2016. 144 p.Мягков М.С. Влияние мегаполиса Москва на величину испарения // Метеорология и гидрология. 2005. № 3. С. 78–84.Myagkov M.S. The influence of the Moscow metropolis on the amount of evaporation. Meteorol. Gidrol., 2005, no. 3, pp. 78–84 (In Russ.).Павлов А.В., Ананьева Г.В. Оценка современных изменений температуры воздуха на территории криолитозоны России // Криосфера Земли. 2004. Т. VIII. № 2. С. 3–9.Pavlov A.V., Anan’eva G.V. Assessment of current changes in air temperature in the cryolithozone of Russia. Kriosfera Zemli, 2004, vol. 8, no. 2, pp. 3–9 (In Russ.).Позняков Л.К. Мерзлотное лесоведение. Новосибирск: Наука, 1986. 192 с.Poznyakov L.K. Merzlotnoe lesovedenie [Permafrost Forestry]. Novosibirsk: Nauka Publ. 1986. 192 p.Пономарев Е.И., Харук В.И., Якимов Н.Д. Результаты и перспективы спутникового мониторинга природных пожаров Сибири // Сиб. лес. журн. 2017. № 5. С. 25–36.Ponomarev E.I., Kharuk V.I., Yakimov N.D. Results and prospects of satellite monitoring of natural fires in Siberia. Sibir. Lesn. Zh., 2017, no. 5, pp. 25–36 (In Russ.).Потемкина Т.Г., Потемкин В.Л., Гусева Е.А. Озерно-речная система оз. Байкал-р. Селенга в условиях изменяющейся окружающей среды // Изв. СО РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2016. № 2 (55). С. 103–115.Potemkina T.G., Potemkin V.L., Guseva E.A. The lake-river system Lake Baikal - the Selenga River in a changing environment conditions. Izv. SO RAEN. Geol., Poiski i Razvedka Rudnykh Mestorozhdenii, 2016, no. 2 (55), pp. 103–115 (In Russ.).Потемкина Т.Г., Потемкин В.Л., Федотов А.П. Климатические факторы как риски современных экологических изменений в береговой зоне озера Байкал // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 5. С. 690–702.Potemkina T.G., Potemkin V.L., Fedotov A.P. Climatic factors as risks of recent ecological changes in the shallow zone of Lake Baikal. Russ. Geol. i Geophys., 2018, vol. 59, no. 5, pp. 690–702 (In Russ.).Спурр С.Г., Барнес Б.В. Лесная экология: пер. с 3-го англ. изд. / Под ред. С.А. Дыренкова. М.: Лесная промышленность, 1984. 480 с.Spurr S.G., Barnes B.V. Forest Ecology. New York: Ronald Press, 1973. 575 p.Тепловодообмен в мерзлотных ландшафтах Восточной Сибири и его факторы / Отв. ред. А.Г. Георгиади, А.Н. Золотокрылин. М.–Тверь: Триада, 2007. 575 с.Teplovodoobmen v merzlotnykh landshaftakh Vostochnoi Sibiri i ego faktory [Heat and Moisture Exchange in Permafrost Landscapes of Eastern Siberia and its Factors]. Georgiadi A.G., Zolotokrylin A.N., Eds. M., Tver: Triada Publ., 2007. 575 p.Цветков П.А., Буряк Л.В. Исследование природы пожаров в лесах Сибири // Сиб. лес. журн. 2014. № 3. С. 25–42.Tsvetkov P.A., Buryak L.V. Studies of fire nature in the forests of Siberia. Sib. Lesnoi Zh., 2014, no. 3, pp. 2542 (In Russ.).Шимараев М.Н., Куимова Л.Н., Синюкович В.Н., Цехановский В.В. Климат и гидрологические процессы в бассейне оз. Байкал в XX столетии // Метеорология и гидрология. 2002. № 3. С. 71–77.Shimaraev M.N., Kuimova L.N., Sinyukovich V.N., Tsekhanovskii V.V. Climate and hydrological processes in Lake Baikal in the 20th century. Russ. Meteorol. Hydrol., 2002, no. 3, pp. 71–77.Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В. Экогеохимическая роль лесных пожаров в Байкальском регионе // География и природные ресурсы. 2008. № 2. С. 60–66.Shcherbov B.L., Strakhovenko V.D., Sukhorukov F.V. The ecogeochemical role of forest fires in the Baikal region. Geogr. Nat. Resour., 2008, no. 2, pp. 60–66 (In Russ.).Arroyo L.A., Pasccual C., Manzanera J.A. Fire models and methods to map fuel types: The role of remote sensing // Forest Ecol. and Manag. 2008. V. 256. № 6. P. 1239–1252.Arroyo L.A., Pasccual C., Manzanera J.A. Fire models and methods to map fuel types: The role of remote sensing. Forest Ecol. Manag., 2008, vol. 256, no. 6, pp. 1239–1252.Desjardins R.L., MacPherson J.I., Schuepp P.H., Hayhoe H. Airborne flux measurements of CO2 , sensible and latent heat over the Hudson Bay lowland // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. № D1. P. 1551–1562.Desjardins R.L., MacPherson J.I., Schuepp P.H., Hayhoe H. Airborne flux measurements of CO2, sensible and latent heat over the Hudson Bay lowland. J. Geophys. Res., 1994, vol. 99, no. D1, pp. 1551–1562.Hansen M.C., DeFries R.S., Townshend J.R.G., Sohlberg R., Dimiceli C., Carroll M. Towards an operational MODIS continuous field of percent tree cover algorithm: examples using AVHRR and MODIS data // Remote Sensing of Env. 2002. V. 83. P. 303–319.Hansen M.C., DeFries R.S., Townshend J.R.G., Sohlberg R., Dimiceli C., Carroll M. Towards an operational MODIS continuous field of percent tree cover algorithm: examples using AVHRR and MODIS data. Remote Sens. Environ., 2002, vol. 83, pp. 303–319.Peterson S.Y., Franlin J., Roberts D.A., Wagtendonk W. van. Mapping fuels in Yosemite National Park // Canad. J. of Forest Res. 2013. V. 43. № 1. P. 7–17.Peterson S.Y., Franlin J., Roberts D.A., van Wagtendonk J.W. Mapping fuels in Yosemite National Park. Can. J. For. Res., 2013, vol. 43, no. 1, pp. 7–17.Southworth J. An assessment of Landsat TM band 6 thermal data for analyzing land cover in tropical dry forest regions // Int. J. of Remote Sensing. 2004. V. 25. № 4. P. 689–706.Southworth J. An assessment of Landsat TM band 6 thermal data for analyzing land cover in tropical dry forest regions. Int. J. Remote Sens., 2004, vol. 25, no. 4, pp. 689–706.Ritter J.A., Barrick J.D., Watson C.E., Sachse G.W., Gregory G.L., Anderson B.E., Woerner M.A., Collins J.F. Airborne boundary layer flux measurements of trace species over Canadian boreal forest and Northern wetland region // J. Geophys. Res. V. 99. № D1. P. 1671–1685.Ritter J.A., Barrick J.D., Watson C.E., Sachse G.W., Gregory G.L., Anderson B.E., Woerner M.A., Collins J.F. Airborne boundary layer flux measurements of trace species over Canadian boreal forest and Northern wetland region. J. Geophys. Res., vol. 99, no D1, pp. 1671–1685.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.