Глава 3. Материалы и методика исследования
3.1 Создание карты гарей по данным космосъемки с помощью ГИС- программы Arc View 3.3
ГИС – это географическая информационная система. Она позволяет картировать объекты окружающего мира, а затем анализировать их по огромному количеству параметров, визуализировать их и на основе этих данных прогнозировать самые различные события и явления. Столь мощная технология позволяет решать при помощи ГИС огромное количество задач, как глобальных, так и частных. ГИС-технологии могут стоять на службе у всего человечества, предотвращая экологически катастрофы или помогая решать проблемы перенаселения отдельных регионов.
Информационная система – это огромная база цифровых данных, преобразованных в цифровой формат. Они представляют собой детализованные слои, объединенные по географическому признаку и привязанных к определенной системе координат. Любые происходящие события могут с успехом отслеживаться по такой базе данных. Кроме того, с ее помощью можно найти практически любую точку земного шара, отследить движение практически любого объекта[15].
В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены миллионы людей во всем мире. Так, по данным компании Dataquest, в 1997 году общие продажи программного ГИС обеспечения превысили 1 млрд. долл. США, а с учетом сопутствующих программных и аппаратных средств рынок ГИС приближается к 10 млрд. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности – будь то анализ таких глобальных проблем, как перенаселение, загрязнение территории, голод и перепроизводство сельскохозяйственной продукции, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего[16].
Суть данного метода заключается в наложении контура гари, определенного по космическим снимкам с помощью визуального дешифрирования, либо автоматической классификации, на цифровую карту породного состава лесов и определения площади выгоревших выделов различных пород деревьев[17].
В разработанном Международным Институтом Леса алгоритме картирования пожарищ заложен итерационный подход последовательных приближений при выделении контуров пожарищ с привлечением различной дополнительной информации о территории наблюдения. Все процедуры обработки осуществляются с одиночным изображением AVHRR/NOAA. Однако при обработке учитывается информация об очагах пожаров (hot spots), обнаруженных при анализе всей последовательности спутниковых изображений.
Алгоритм включает пять основных этапов обработки спутникового изображения AVHRR/NOAA:
1. Формирование тематического изображения объектов, влияющих на статистические характеристики класса потенциальных гарей.
2. Формирование маски с участками потенциальных гарей.
3. Первый шаг уточнения маски потенциальных гарей - совместный анализ слоя действующих пожаров, обнаруженных алгоритмом детектирования, и слоя потенциальных гарей.
4. Второй шаг уточнения маски потенциальных гарей - адаптация порогов выделения пожарищ на основе анализа слоя потенциальных гарей с пикселами, расположенных в ближайшей окрестности.
5. Третий шаг уточнения маски потенциальных гарей - фильтрация гарей, содержащих менее 15% очагов пожаров, накопленных за весь период наблюдения и более 10% территорий, принадлежащих населенным пунктам.
Для снижения влияния различных эффектов (BRDF, атмосферные искажения, фенология растительности и др.), приводящих к изменениям статистики классов, спутниковое изображение разбивалось условно на отдельные блоки (матрицы) с размерностью не превышающей 50x50 км для облачности и 30х30 км для анализа участков потенциальных гарей. Этот размер матриц подобран экспериментально таким образом, чтобы обеспечить весь набор анализируемых природных объектов (облачность, тени от облаков, водная поверхность, гари, открытая подстилающая поверхность, неповрежденный огнем лесной покров), вовлеченных в анализ, достаточно представительной статистической выборкой[18].
Определение гарей по снимкам возможно визуально – по темно-серому и темному тону, что соответствует изображениям площадей, пройденным сильными низовыми и верховыми пожарами. Низкие спектральные яркости изображения обусловлены черной поверхностью гарей, образующейся в результате полного выгорания напочвенного покрова, подростка и подлеска, а также обугливаниемвалежника.
Неровный характер кромки гарей связан с различными видами и интенсивностью пожаров в течение суток, неравномерным пожарным созреванием типов насаждений, различными категориями площадей, встречающимися на пути распространения пожара и, наконец, направлением ветра во время их действия[4].
3.2 Сбор и обработка материалов по району исследования c использованием GPS навигаторов
Global Positioning System (GPS) - это спутниковая навигационная система, состоящая из работающих в единой сети 24 спутников, которые находятся на 6 орбитах высотой около 17 000 км над поверхностью Земли. Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 км/сек, совершая два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа.
GPS - глобальная система местоопределения. Толчок к развитию навигации с использованием космических аппаратов дал запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это событие произошло в 1957 году. Не секрет, что в любом подобном действии американцы видели угрозу для своей страны. Была поставлена задача следить за советским ИСЗ. Сигнал со спутника принимали на наземном пункте с известными координатами. Появился интерес к обратной задаче: расчет координат приемника на основе принятых со спутника сигналов[19].
Итак, по данным созданной нами карты гарей по Лено-Амгинскому междуречью, мы определяем координаты точек гарей и вводим эти данные в систему GPS навигатора. Позднее, по приезду в район исследования, с помощью GPS навигаторов выезжаем на место расположения гари. Затем, проводится сбор материалов и измерительные работы по методике укоса кормовых растений, а так же по методу определения возраста гарей вычисляю возраст данной гари.
3.2.1 Методы укоса кормовых растений
Метод укосов - способ изучения продуктивности травянистых или полукустарничковых фитоценозов, заключающийся в скашивании травостоя на пробных площадках (обычно площадью 0,25-1 м 2) с соблюдением соответствующих правил биометрии[20].Измерения будут проводиться следующим образом. Для характеристики формации или субформации будут выполнены специализированные геоботанические описания с взвешиванием видов растений. Для определения массы видов травянистого яруса включая низкорослые кустарники и кустарнички, проростки деревьев) будет проведено скашивание на участках площадью 1м2. Для определения массы побегов деревьев и кустарников будет проводиться обрезка на участках 25м2. Количество тех и других участков зависит от степени мозаичности травянистой и древесно-кустарниковой растительности, которая определяется визуально. Доступной в качестве корма парнокопытных считается растительность в пределах от 0 до 2.5 метров в высоту. Точность взвешивания каждого вида 1грамм.
Для расчетов используются только потенциальные поедаемые надземные части растений. Растения взвешиваются в натуральном (не высушенном) виде. Части побегов деревьев и кустарников, имеющих возраст, взвешиваются отдельно. Виды растений, присутствующие в геоботанических описаниях сообществ, но из-за низкого обилия, не попавшие в укосы, в расчет массы растений не включаются. Мхи, а так же лишайники, собранные на укосах, по видам не разделяются, во-первых из-за отсутствия соответствующей квалификации, во-вторых из из-за отсутствия в литературе данных об их различной поедаемости[6].
3.2.2 Метод определения возраста гарей
Определение возраста гарей будет производиться методом буравливания, помощью возрастного бурава, деревьев имеющих возраст примерно от 10 до 30 лет. Возраст исследуемых деревьев будет иметь важное значение в связи с тем, что у молодых деревьев, толщина коры имеет относительно маленькую ширину. Исходя из этого, возраст лесной гари будет определен наиболее точно насколько возможно это в наших полевых условиях.
Годичные кольца, видимые на поперечном спиле ствола дерева, растущего в умеренной климатической зоне, появляются в результате того, что в течение одного вегетационного сезона прирост дерева в толщину осуществляется неодинаково. В начале лета рост ствола в толщину идет за счет крупных рыхлых клеток, которые в последующем имеют светлый оттенок. В конце вегетационного сезона – осенью – образующиеся клетки древесины мельче, а оболочки у них толще, чем весной и летом. Цвет этих клеток темнее, чем тех, которые образовались в начале лета. Таким образом, годичное кольцо имеет светлую и темную составляющую, и в результате этого на спиле дерева мы можем видеть границы годичных колец[21].
Возрастной бурав представляет собой стальную трубку с внутренним диаметром 5-7 мм, длиной около 25 см. Трубка с одного конца, несколько суженного, острая (конец закален) и имеет наружную винтовую нарезку, тоже острую. Другой конец трубки - четырехгранный и им она вставляется под прямым углом в другую трубку, которая служит рукояткой при работе и футляром при переноске.
Третья деталь возрастного бурава - стальная пластинка, острая и узкая, имеющая с одной стороны зазубрины, а с другой гладкую несколько выпуклую поверхность. На конце этот ершик имеет шляпку или рукоятку, а на его гладкой поверхности нанесены миллиметровые деления для подсчета толщины годичных колец.
Перед работой, если исследуемое дерево имеет толстую кору, необходимо несколько очистить ее, но не до древесины.
Пробу лучше (для удобства работы) брать на высоте груди, направляя бурав возможно правильнее в горизонтальной плоскости к оси ствола и надавливая сильно на него до тех пор, пока он не войдет достаточно в дерево, и не будет держаться сам собой; дальнейшее вбуравливание происходит без надавливания.