Формирование системы мониторинга лесов на базе данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий

• дешифрирование контуров пожарищ;
• выделение в пределах этих контуров гарей и других категорий 
  не покрытых лесной растительностью земель;
• выделение границ участков с сохранившимися древостоями 
  разной степени повреждения;

нанесение выделяемых контуров и границ на планово-карто 
графические материалы.

По  выявленным изменениям в структуре  и состоянии пройденных пожарами площадей оценивается динамика запасов стволовой древесины и фитомассы лесной растительности, масштабы пожарных и послепожарных эмиссий углерода.

Несмотря  на важность и стратегический характер задач, решаемых в рамках ГИС-мониторинга лесных пожаров федерального уровня, конечные результаты борьбы с огнем и управления лесными пожарами обеспечиваются в регионах и структурных подразделениях системы охраны леса. Поэтому параллельно с созданием ГИС федерального уровня должна осуществляться разработка региональных ГИС, которые ориентируются, прежде всего, на решение задач оперативного управления охраной лесов с использованием типовых методик сбора и обработки информации, включая данные дистанционного зондирования, GPS, систем грозопеленгации и т.д. При этом важное значение имеет использование спутниковых данных уже в начале работ по сбору информации, а также в практике организации борьбы с лесными пожарами.

 

Использование ДДЗ и ГИС для лесопатологического мониторинга

 

Одной из причин ухудшения состояния лесов являются вспышки массового размножения насекомых-вредителей.

В Сибири и на Дальнем Востоке во время  периодических вспышек массового размножения энтомовредителей гибнут ценнейшие хвойные леса из пихты, кедра, ели и лиственницы. Эффективность борьбы с ними в значительной степени зависит от возможностей своевременного поступления объективной информации об очагах вредителей, динамике их развития и распространения. Такая информация может быть получена на основе данных дистанционного зондирования, включающих две ступени наблюдений: космическую и самолетную.

Обзорная  аэросъемка обеспечивает выделение  контуров насаждений с классификацией по составу, санитарному состоянию, степени нарушенное™.

Возможна  интерпретация насаждений со следующим  характером повреждения полога:

• точечный (повреждены отдельные деревья);
• мозаичный (повреждены небольшие группы деревьев);
• куртинный (повреждены крупные куртины деревьев);
• сплошной (повреждено большинство деревьев).

Детальная аэросъемка обеспечивает детальный  учет, вплоть до подсчета деревьев, оценки состояния кроны каждого дерева, получения количественных и качественных показателей. По таким материалам можно определить 3 степени состояния крон отдельных деревьев:

1. -здоровые (повреждение кроны до 25%);
2. -поврежденные (повреждение кроны 25...75%);
3. - погибшие (повреждение кроны более 75%). В настоящее вре 
   мя в системе Рослесозащиты геоинформационные технологии лесо 
   патологического мониторинга находятся на этапе формирования. 
   Источниками  информационных данных  ГИС  лесопатологического 
   мониторинга являются:

 

• данные лесоустройства;
• результаты лесопатологических обследований;
• результаты почвенных обследований;
• данные дистанционного зондирования (космический и авиаци 
  онный уровни наблюдений).

Повреждение древостоев первичными вредителями (сибирский, непарный шелкопряды, шелкопряд-монашенка и др.) - это первый этап разрушительного воздействия насекомых на лесные насаждения. Впоследствии стволовые вредит.ели, заселяя обесхвоенные и обезлиственные насаждения, значительно расширяют площади поврежденных древостоев, препятствуя их восстановлению.

Это увеличивает угрозу возникновения  лесных пожаров и представляет большую опасность сохранившимся насаждениям.

В поврежденных лесах требуется проведение срочных  выборочных и сплошных санитарных рубок.

Периодические обследования наземными и дистанционными методами являются технической основой лесопатологического мониторинга. Накапливаясь в виде тематических слоев в ГИС, результаты обследований служат основой анализа динамики и построения прогнозных моделей изменения состояния насаждений.

 

ГИС для мониторинга лесного фонда

 

Существующий  комплекс лесоучетных работ в  России включает:

• лесоустройство;
• лесоинвентаризацию;
• документальный учет текущих изменений о состоянии лесного 
  фонда на уровне лесхозов;

государственный учет лесного фонда (ГУЛФ).

Эта система предназначена для осуществления  оперативного контроля, оценки и прогноза изменений в лесном фонде с целью более эффективного управления лесными ресурсами. Она призвана обеспечивать получение учетных, картографических и проектных материалов, необходимых для организации лесохозяйственной деятельности, планирования лесозаготовительных и других работ, решения природоохранных задач.

При этом предусматривается сбор, обработка, анализ и передача информации о лесном фонде и обеспечивается избирательное доведение ее до органов управления хозяйством и охраны природы, а также для различных пользователей. Информация предназначена для своевременного выявления изменений в лесном фонде, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

Информационное  обеспечение органов управления лесным хозяйством должно базироваться не только на простой фиксации состояния лесного фонда, но и на постоянном контроле за факторами и вероятностном прогнозировании его состояния.

На  качественное состояние лесного  фонда, помимо лесорастительных условий, влияют следующие факторы: пожары, вредители  и болезни леса, промышленные и бытовые загрязнения, рубки главного пользования, лесохозяйственные мероприятия и др. Учитывая взаимосвязь этих факторов, оценку характера их влияния, целесообразно проводить с позиций анализа лесного фонда как динамической системы с использованием ГИС-технологий.

 

ГИС для мониторинга биоразнообразия  экосистем

 

Материалы государственного учета лесного  фонда и лесоустройства - информационная основа для решения вопросов оценки и сохранения биоразнообразия.

Практическая  деятельность по сохранению биоразнообразия в лесном хозяйстве предполагает, прежде всего, сохранение и подержание исторически сложившейся структуры лесного фонда, что обеспечивает сохранение мест обитания и, следовательно, биоразнообразия на генетическом, видовом и экосистемном уровнях.

Для лесов России применяют следующие  индикаторы, для количественной оценки которых используют данные учета лесного фонда или результаты лесоустройства [9]:

• доля покрытых лесной растительностью земель, занимаемая хвойными, твердолиственными, мягколиственными насаждениями;

• распределение площади лесов по основным лесообразующим 
  породам и классам возраста;
• доля покрытых лесной растительностью земель, находящихся 
  под спелыми и перестойными лесами;
• площадь лесов особо охраняемых территорий, в том числе за 
  поведников, НП, памятников природы, заповедных лесных участков, 
  лесов, имеющих научное или историческое значение;
• количество видов растений и животных, обитающих в лесах и 
  находящихся под угрозой исчезновения (по Красной книге РФ);
• площадь лесных территорий, предназначенных для сохране 
  ния или поддержания генетического разнообразия;
• общее накопление углерода в лесных насаждениях, в том чис 
  ле основными лесообразующими породами.

Проект  организации и ведения лесного  хозяйства, разрабатываемый при проведении лесоустройства, должен содержать специальный раздел, посвященный этим вопросам. При этом нужен целенаправленный анализ лесоустроительной информации, которая собирается в соответствии с действующей Инструкцией, а не сбор новой. Для такого анализа необходимо использовать и функциональные возможности ГИС.

В структуре  ГИС можно не только оценить соотношение  площадей, но и провести пространственный анализ для оценки репрезентативности особо охраняемых территорий, степени охвата ими разнообразных лесорастительных условий, приуроченности к типам леса, древесным породам, произрастающим в данном регионе. В результате получают ответ на вопрос: насколько полно особо охраняемые территории представляют разнообразие типов леса и лесо-образующих пород. В лесоустроительном проекте обычно дают рекомендации по созданию новых особо охраняемых территорий или по изменению статуса уже существующих. Аналитические материалы сопровождают картографическими и табличными материалами, созданными в среде ГИС.

В комплексе  намечаемых лесоустройством лесохозяйственных мероприятий используют принципы сохранения биоразнообразия в лесах. Проектируемые мероприятия призваны обеспечивать сохранение биологического разнообразия, восстановление коренных типов леса, увеличение доли их площади от общей площади коренных лесов региона.

Работы  по оценке биоразнообразия в среде  ГИС по данным ГУЛФ и материалам лесоустройства только начинаются и пока основываются на существующих информационных потоках.

 

Возможности геоинформационных систем для оценки баланса углерода

На  сегодняшний день расчеты запасов  и годичного депонирования углерода в фитомассе в целом по лесному фонду России (федеральный уровень) основываются на существующих информационных потоках. Для оценки запасов углерода необходимы:

• база данных государственного учета лесного фонда;
• база эмпирических данных по фитомассе и продуктивности 
  лесных экосистем;
• цифровая   карта  лесорастительного  районирования   России 
  (или ландшафтная);
• цифровая карта с границами административно-хозяйственного 
  деления (лесхозы).

Данные  ГУЛФ необходимы для определения  размеров годичного изменения общих запасов древесины на корню, оценки площадей не покрытых лесной растительностью земель и нелесных территорий. Запасы фитомассы для древесной и кустарниковой растительности могут быть рассчитаны на основе запасов стволовой древесины основных лесообразующих пород.

По  разности между текущим приростом  и отпадом можно определить изменение запаса фитомассы и, далее, ежегодное депонирование углерода древесной и кустарниковой растительностью.

Для анализа пространственного распределения  депонирования углерода может быть использована цифровая карта лесорастительного районирования, совмещенная с картой границ лесхозов. База эмпирических данных по фитомассе и продуктивности лесных экосистем содержит таксационные характеристики, сведения о фитомассе, детрите, годичном опаде и отпаде, собранные на пробных площадях, заложенных в лесах разных регионов страны. Этот подход отражает лишь одну сторону углеродного баланса, т.е. запас и депонирование углерода в фитомассе лесных экосистем.

В структуре  ГИС необходимо проводить оценку влияния лесных пожаров. Приближенную оценку массы сгорающего органического  вещества и массы отмерших растений можно получить при анализе горимости  лесов и степени воздействия огня на лесные экосистемы.

Для обобщенных оценок горимости лесов  используют данные дистанционного зондирования с оперативных спутников. Дешифрирование изображений, совместный анализ с цифровыми картами в среде ГИС позволят оптимизировать расчеты баланса углерода по лесному фонду России [9].

 

 

7.1. Геоинформационное обеспечение Государственной лесной службы

Природно-ресурсные  возможности России уникальны и  многообразны. К ее богатствам относятся земельные, водные, минеральные, лесные, рекреационные ресурсы, ресурсы животного и растительного мира.

В Российской Федерации сохранились крупнейшие в мире участки территорий с малонарушенными естественными экосистемами. Вместе с прилегающими территориями они образуют северный Евроазиатский центр стабилизации окружающей среды, который обеспечивает экологическую безопасность России и сопредельных стран.

Россия  занимает 1-е место в мире по территории, покрытой лесной растительностью, и запасам лесных ресурсов. Весьма разнообразен по видовому составу и в количественном отношении животный мир страны.

Общепланетарное значение имеет комплекс особо охраняемых природных территорий. Огромные потенциальные  возможности, как для самой России, так и для населения многих стран мира, имеют рекреационные ресурсы государства. В то же время вероятность истощения ресурсного потенциала страны весьма велика. При отсутствии эффективных правовых и экономических механизмов предупреждения негативных кризисных явлений при использовании при-родно-ресурсного комплекса создается угроза национальной безопасности страны [12].