Проведен анализ пространственных закономерностей возникновения лесных пожаров на территории Свердловской области за период с 2001 по 2015 годы. Данные о пожарах получены с использованием информационной системы аэрокосмического агентство США. В работе были использованы цифровая модель рельефа GTOPO 30 и пространственные данные OpenStreetMap, содержащие информацию о местоположении населенных пунктов, гидрологической сети, озер и дорожной сети. С использованием функций пространственного анализа в географической информационной системе исследованы закономерности возникновения лесных пожаров с зависимости от их удаления от мест проживания и жизнедеятельности человека. В результате проведения сравнительного анализа данных распределения пожаров по территории Свердловской области и значений индекса, характеризующего близость участка местности к местам проживания или хозяйственной деятельности человека. Установлено, что более 50 % всех пожаров происходит на удалении до 10,5 км от населенных пунктов, дорог, рек и озер. Примерно 6,8 % лесных пожаров возникают на значительном удалении от этих мест. Можно предположить, что причина их возникновения связана с действием природных факторов. Установлено, что в хребтовой части Урала наблюдается существенное уменьшение количества пожаров даже в зонах с высоким уровнем антропогенной нагрузки. Особенности мезоклимата, обусловленные увеличением выпадения осадков в восточной и средней частях Уральского хребта, а также снижение температуры воздуха с высотой местности снижают вероятность возникновения лесных пожаров даже при высоком уровне антропогенной нагрузки.
Ключевые слова: пожары, пространственные закономерности возникновения, климат, цифровая модель рельефа, моделирование, географические информационные системы
Лесные пожары одна из серьезнейших проблем российских лесов, они являются катастрофическим событием с разных точек зрения: экономической, социальной, экологической. Исследования многих специалистов показывают, что пожары в лесах — естественный процесс, действующий в широком пространственно-временном диапазоне. На возникновение и распространение пожара влияют климатические, физико-географические и биотические факторы. Однако выявлено, что причина их образования более чем на 80 % это человеческий фактор [1]. Анализируя пространственную закономерность возникновения лесных пожаров можно выявить области их частого возникновения, что позволит заранее привести в готовность имеющиеся средства и силы пожаротушения, а также минимизировать ущерб от их возникновения.
Цель работы — анализ пространственных закономерностей возникновения лесных пожаров на территории Свердловской области в 2001–2015 годах. Район исследований — территория Свердловской области (Средний и Северный Урал, Российская Федерация). Необходимо отметить, что в задачи данного исследования входил пространственный анализ мест возникновения пожаров относительно объектов, связанных с проживанием и жизнедеятельностью человека за относительно большой период наблюдений 15 лет. Анализ влияния конкретных климатических условий, существенно влияющих на время и место возникновения пожаров в течении каждого года рассмотренного периода в задачи исследований не входило.
В работе была использована информация, полученная из открытых источников. Данные о местоположении и времени возникновения лесных пожаров, а также цифровая модель рельефа с пространственным разрешением 700 м (GTOPO 30) были загружены с Интернет-сервисов Геологической службы США (lta.cr.usgs.gov/GTOPO30) и NASA (earthdata.nasa.gov) Геоинформационные слои Open Street Map (openstreetmap.org) в формате шейп-файлов, содержащие данные о местоположении населенных пунктов, озер, гидрологической и дорожной сетях, были получены с веб-ресурса gis-lab.info. Данные метеонаблюдений суточного разрешения были загружены с ресурса rp5.ru, а среднемесячные данные температуры и осадков с официального сайта Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации (meteo.ru) с использованием информационной системы доступа aisori.meteo.ru/ClimateR. Пространственный анализ, моделирование и отображение данных были выполнены с использованием географических информационных систем ArcVew GIS (ESRI Inc., США) и QGIS (qgis.org).
На рис. 1 приведено картографическое изображение цифровой модели рельефа Свердловской области и картосхемы, характеризующие размещение населенных пунктов, объектов линейной транспортной инфраструктуры, рек и озер на территории данной области. Сравнительный анализ картосхем, представленных на рис. 1 позволил выявить следующие закономерности распределения перечисленных выше природных и антропогенных объектов. Свердловская область характеризуется неравномерным размещением населенных пунктов по ее территории. С продвижением с севера на юг увеличивается количество населенных пунктов. Наиболее крупные города Свердловской области расположены вдоль восточного макросклона Уральского хребта (рис. 1а и 1б). Дорожная сеть имеет две хорошо выраженных подсети вытянутых в меридиональном направлении и пересекаемых несколькими менее крупными подсетями в направлении запад — восток (рис. 1в). Речная сеть представлена в северной и восточной районах области несколькими крупными реками Сосьва, Лозьва, Тура и Тавда, протекающими с северо-запада на юго-восток. Речная сеть в западной и юго-западной частях района исследований представлена большим количеством относительно небольших рек (рис. 1г).
Деятельность человека является одной из основных причин возникновения пожаров. Данный факт означает, что с приближением к населенным пунктам, водным и сухопутным транспортным путям должно возрастать количество лесных пожаров. Для того чтобы количественно оценить особенности пространственного распределения лесных пожаров по территории Свердловской области в ГИС были созданы растры, ячейки которых содержат значения евклидова расстояния, увеличивающегося с удалением от населенных пунктов, дорог, рек и озер. С использованием алгебры карт было произведено суммирование полученных растров.
Каждая ячейка результирующего растрового слоя содержит значение суммарного расстояния до ближайших объектов проживания, промышленной деятельности человека или его рекреации, условно названного индексом расстояния. Увеличение интенсивности цвета при переходе от белого к черному характеризует увеличение антропогенной нагрузки, а значит — и вероятности возникновения пожара при благоприятных климатических условиях. На рис. 2 приведены картосхемы растров евклидова расстояния от каждого из описанных выше объектов. На рис. 3 приведена картосхема, полученная в результате наложения точечного слоя пожаров, наблюдавшихся за период с 2001 по 2015 годы, и растрового слоя, полученного в результате суммирования растров евклидова расстояния. Он позволяет визуально оценить высокий уровень пространственной корреляции областей проживания или жизнедеятельности человека и мест возникновения пожаров.
Рис. 1. Картографическое изображение рельефа Свердловской области (а) и катосхемы, характеризующие размещение на ее территории населенных пунктов (б), объектов линейной транспортной инфраструктуры (в), а также рек и озер (г)
Сравнительный анализ картосхем, приведенных на рис. 3 и 1а позволяет объяснить наличие участка с высоким уровнем антропогенной нагрузки и низким количеством пожаров в юго-западной части района исследований, расположенного между г. Екатеринбург и Красноуфимск. В этой части района находится Уральский хребет.
В основном в Свердловской области преобладает движение воздушных масс с запада на восток. При их подъеме происходит охлаждение и выпадение осадков. С этим эффектом связан факт большего количества осадков в западной и центральной части горного хребта по сравнению с его восточной частью. Известно также, что с повышением высоты местности происходит снижение температуры воздуха [2]. Этими причинами можно объяснить меньшее количество пожаров в хребтовой части Урала, т. е. климатические условия на участке, расположенного между городами Екатеринбург и Красноуфимск менее благоприятны для возникновения лесных пожаров даже в условиях высокой антропогенной нагрузки, по сравнению с восточной частью Свердловской области, расположенной на этой широте.
Рис. 2. Картосхемы, характеризующие евклидово расстояние от населенных пунктов (а), дорог (б), рек (в) и озер (г)
Рис. 3. Картосхема, полученная в результате наложения слоя точек, возникновения лесных пожаров в 2001–2015 годах на растр со значениями расстояния до ближайших объектов, связанных с местами проживания человека или его жизнедеятельности
На основе анализа квантилей распределений лесных пожаров от расстояний до каждого типа объектов была получена количественная оценка доли пожаров, расположенных на значительном удалении от мест проживания и жизнедеятельности человека. Установлено, что более 50 % всех пожаров происходит на удалении до 10,5 км от населенных пунктов, дорог, рек и озер. Примерно 6,8 % (1545 пожаров из 22870) лесных пожаров возникают на значительном удалении от этих мест. Можно предположить, что причина их возникновения связана с действием природных факторов. В эту выборку попали только те пожары, которые возникли на удалении от каждого типа объектов превышающем расстояние, соответствующее 75 % квантили распределения пожаров от расстояния.
Следует отметить, что пространственного распределение лесных пожаров по территории Свердловской области в разные годы может отличаться как по общему количеству, так и по особенностям их пространственного распределения по территории. Причинами этих отличий могут быть как климатические условия конкретных лет, так и еще неучтенные факторы, связанные с деятельностью человека. Приведенные выше результаты анализа и картосхемы, полученные на основе данных многолетних наблюдений, позволяют оценить комплексное влияние относительно стабильных во времени факторов, связанных с местами проживания и жизнедеятельности человека.
Методика оценки уровня антропогенной нагрузки от удаления от мест проживания и жизнедеятельности человека выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках гранта № 15–04–05857.
Литература:
1. Дощанова А. Ж. Пространственно-временной анализ проявления лесных пожаров на территории Российской Федерации / А. Ж. Дощанова // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. — URL: http://iesen.nspu.ru/sbor13/t3/ch12.html (дата обращения 20.06.2017).
2. Капустин, В. Г География Свердловской области / В. Г. Капустин, И. Н. Корнеев. — Екатеринбург: Сократ, 2006. — 400 с.
