Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров

Информационная поддержка принятия решений в системе охраны лесов и управления лесными пожарами осуществляется геоинформационными системами мониторинга лесных пожаров (ГИС).

Геоинформационная система (ГИС) — это современная компьютерная тех­нология для картирования и анализа лесных пожаров. Эта технология объеди­няет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и гео­графического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечива­ют уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, свя­занных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с ос­мыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последст­вий предпринимаемых действий. Однако ГИС — это не инструмент для выдачи решений, а только средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений.

Для решения задачи мониторинга лесных пожаров ГИС взаимодействует с методами дистанционного зондирования, обеспечивающими проведение из­мерений земной поверхности с использованием сенсоров на борту искусствен­ных спутников земли.

Важнейшими качествами данных, используемых в процессе принятия ре­шений, является их актуальность, полнота и объективность. Всеми этими каче­ствами обладают данные дистанционного зондирования (ДДЗ). Дистанционное зондирование позволяет получать наиболее свежую информацию, что особенно важно для проведения ситуационного анализа в целях выработки оп­тимального решения. ДЦЗ служат основой для создания актуальных тематиче­ских карт и в действительности являются первичным источником всей совре­менной картографической информации. Более того, современные технологии дистанционного зондирования и компьютерной обработки ДЦЗ существенно превосходят возможности традиционных бумажных карт — как в отношении содержания, так и в отношении разнообразия методов визуализации.

Интегрированная многоуровневая ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов ориентирована на решение таких основных задач, как:

- обнаружение пожаров;

- эффективная организация сил и средств для тушения пожаров;

- профилактика и предупреждение возникновения крупных лесных пожа­ров;

- расчет ущерба, причиненного уничтожением или повреждением леса в ре­зультате пожара;

- прогнозирование естественной и антропогенной динамики лесонасажде­ний;

- повышение уровня информированности принятия решений.

Если задачу обнаружения лесных пожаров можно решить, используя толь­ко данные наземных наблюдений, авиапатрулирования и дистанционного спутникового зондирования, то задачи борьбы и профилактики лесных пожа­ров, оценки ущерба невозможно решить без широкого привлечения ГИС и их наполнения соответствующими статическими и динамическими слоями.

ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов создается на основе исходной картографической информации (циф­ровая топографическая основа масштаба 1:1000000), природно-хозяйственной карты, карт-схем лесхозов. Из цифровой топографической основы в карте оставляются границы субъекта Российской Федерации, необходимые эле­менты гидрографии с дополнениями, дорожная сеть и основные населенные пункты.

В современных методах оперативного мониторинга лесных пожаров широ­ко используются метеорологические спутники США серии МОАА, вращающи­еся по полярным солнечно-синхронным круговым орбитам высотой около 850 км, с наклонением 98,8° и периодом обращения порядка 100 мин. Одновре­менно на орбите находятся не менее двух спутников, причем орбита одного из них пересекает экватор по местному времени утром в 6-10 ч в нисходящем узле, а другого - после полудня (14-18 ч) в восходящем узле. На борту каждо­го спутника находится измерительный комплекс, состоящий из набора скани­рующих радиометров различного назначения и разрешения.

Российская система оценки пожарной опасности базируется на методиче­ском подходе Г.Н. Нестерова, используя данные региональных метеостанций. Однако трудность систематического картирования и прогнозирования дина­мики пожарной опасности состоит в необходимости рассматривать обширные малонаселенные области, где отсутствует сеть метеостанций и где наиболее эффективно привлечение спутниковой информации для оценки и картирова­ния пожарной опасности лесных территорий.

Данная информа­ция может быть интерполирована и представлена в виде тематической карты параметров различных слоев атмосферы, в том числе приземного слоя и служит для решения следующих задач:

- оперативной оценки текущего влагосодержания лесных горючих материа­лов путем компьютерного анализа информации в ближнем и дальнем инф­ракрасных диапазонах спектра;

- картирования динамики очагов крупных пожаров, определения энергети­ческих свойств кромки пожара;

- пространственной оценки оптико-физических параметров зоны задымле­ния в условиях вспышки массовых пожаров;

- инвентаризации пожарищ и диагностики послепожарного состояния гарей;

- пространственно-временной динамики границы снегового покрова как критерия наступления и окончания пожароопасного сезона.

Технология создания карты пожарной опасности представляет собой три взаимосвязанных этапа:

Первый этап — предварительная обработка — выполняется на основе про­граммного обеспечения станции приема информации со спутников.

Второй этап — программные вычисления. Расчет радиометрического показателя пожарной опасности осуществляется по методике, предложенной Г. Н. Нестеровым, причем вместо температуры воздуха и точки росы, поставляемых местными метеостанциями, используются данные дистанционного зондирования со спутника

Третий этап — обработка результата с применением геоинформационной технологии. Данный этап осуществляется с привлечением специальных про­граммных пакетов. По заданным диапазонам значений показателя пожарной опасности выделяются классы пожарной опасности. Общепринято использо­вание пяти классов, характеризующих степень пожарной опасности по услови­ям погоды. Первый класс соответствует низкой пожарной опасности, в то вре­мя как пятый класс выделяет районы, в которых пожарная опасность достигла критических значений.

Геоинформационные технологии обработки позволяют дополнять карты пожарной опасности по условиям погоды информацией о лесных горючих материалах, на основании чего возможен переход к картиро­ванию вероятных энергетических параметров лесных пожаров.