Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Дистанционное зондирование Земли

Обнаружение лесных пожаров и оценка выброса в атмосферу дымовых газов и аэрозоля

Лесные пожары считаются не только бедствием для населения, но и важным фактором локальной, региональной и даже глобальной экодинамики, что проявляется в выбросах в атмосферу дымовых газов и аэрозоля, вносящих существенный вклад в образование и развитие парникового эффекта. Увеличение площадей, выгоревших в результате массовых лесных пожаров на территории Сибири, а также длительности пожароопасного сезона и пожарной активности приводят к значительным выбросам дымовых газов и аэрозоля.

Газовые составляющие атмосферы, такие как СО, С02, СН4, называемые парниковыми газами, оказывают существенное влияние на характер атмосферных процессов и экологическую обстановку в исследуемом регионе. Одним из источников этих газов являются лесные пожары в бореальных лесах на территории Сибири, Якутии, Дальнего Востока. Современные методы ДЗЗ предоставляют возможность исследовать структуру и динамику дымовых шлейфов, выделить задымленные территории, дымовые шлейфы и дымовые колонки, определить источники задымления и фронтальную облачность с активной грозовой деятельностью.

Так как в Сибири сосредоточены большие запасы наземного углерода, то увеличение площадей пожарищ, длительности пожарного сезона и силы пожаров приводит к тому, что освобождаются значительные объемы углерода. В годы с экстремальной пожарной активностью общая эмиссия углерода может быть на 37^41 % больше, чем в годы с нормальной пожарной активностью, по причине увеличения сгорания органических веществ в почве. Средние оценки для стандартного сценария динамики выбросов рассматриваемых парниковых газов составляют: С02 (555-1 031 тераграмм - Тг), СО (43-80 Тг), СН4 (2,4-4,5 Тг). Эти оценки представляют 10, 15, 19 % соответственно от глобальных оценок, сделанных по всему земному шару для пожаров растительности.

Газовые составляющие, выделяющиеся при пожарах, распространяются далеко за их пределы вследствие атмосферной циркуляции, поэтому одной из важных задач является описание распространения дымового аэрозоля в пространстве и во времени с привлечением фактической метеорологической информации и данных о пожарах.

Концентрации С02 в заданном регионе оцениваются с помощью построения обратных траекторий. Для восстановления значений концентрации вдоль траекторий использовалась процедура усвоения данных. На рис. 4.11 представлена карта-схема выжженной территории за пожарный сезон с 01.03.2002 по 01.11.2002 г. На ней представлена карта Сибири и Дальнего Востока. Черным цветом изображены территории, которые были уничтожены огнем в результате пожаров. Видно, что массовые лесные пожары наибольшей мощности прошли на территории Якутии. На рис. 4.12 показана динамика пожарной активности за этот же пожарный сезон на Азиатской части России.

Картосхема распределения пожаров за пожарный сезон 2002 г

Рис. 4.11. Картосхема распределения пожаров за пожарный сезон 2002 г

Динамика пожарной активности с 1 марта 2002 года по 1 ноября 2002 года на Азиатской части России. Шкала слева показывает число пожаров, шкала справа - выгоревшую площадь (10 га)

Рис. 4.12. Динамика пожарной активности с 1 марта 2002 года по 1 ноября 2002 года на Азиатской части России. Шкала слева показывает число пожаров, шкала справа - выгоревшую площадь (103 га)

Естественный источник образования углекислого газа - растения, океан, вулканические выбросы, лесные пожары. В первом приближении можно считать С02 в атмосфере равномерно перемешанным, однако для умеренных широт был выявлен максимум содержания СО2 (340- 350 ppm) на высотах 25-30 км. В начале эпохи бурного индустриального развития фоновое содержание у поверхности составляло всего лишь 280 ppm. По данным на 2010 г. оно равно 334-356 ppm. Скорость роста концентрации С02 в год достигает 0,5 % или 0,7 ppm. Данный газ имеет самый большой относительный вклад в антропогенный парниковый эффект (60 %).

Использование спутниковых данных о выгоревшей территории позволяет сделать более точные оценки эмиссий углерода от лесных пожаров. Количество горючего материала, в действительности сгоревшего в пожаре, будет зависеть от запаса и состояния топлива, его типа, климатических и метеорологических факторов, а также интенсивности пожара. Модели расхода горючих материалов в общем случае включают эмпирические коэффициенты для прогнозирования относительных объемов тления и горения для различных условий горения.

Подходы к оцениванию общих эмиссий углерода (Q) и эмиссий конкретных шлейфовых газов (Es) основаны на известных моделях:

где А - это площадь пожарищ (га); В - средний запас биомассы (т/га); fc - доля углерода в биомассе; (3 - масштабирующий коэффициент для доли биомассы, которая сгорела (связан с типом и интенсивностью пожара, а также видом лесного горючего материала); efs - коэффициент эмиссии для данного вида шлейфового газа s (обычно выражается как доля данного вещества по отношению к сухому топливу, сгоревшего во время пожара).

Расчеты оценки эмиссии С02 по этим формулам были сделаны на примере Якутских пожаров 2002 г. при использовании данных о площади, пройденной огнем, со следующими эмпирическими коэффициентами: средний запас горючего материала рассматриваемого региона - 8,0 т углерода на га, доля углерода f = 1, масштабирующий коэффициент (3=1, коэффициент эмиссии для С02 - 0,45.

Применение данной модели позволяет учитывать влияние климатических факторов, таких как выпадение осадков и температура подстилающей поверхности. Это дает более точную оценку полноты сгорания лесных горючих материалов.

В качестве источника данных дистанционного зондирования были использованы материалы спутниковых съемок низкого и среднего пространственного разрешения NOAA/AVRR/TOVS и Тег- ra/MODIS на территории Восточной Сибири, Республик Саха (Якутия) и Тыва. При обнаружении пожара фиксировались год, месяц, дата, час, минута, секунда, широта, долгота и площадь, пройденная огнем.

Массовые лесные пожары наибольшей мощности прошли на территории Республики Саха (Якутия) в 2002 году. При их оценке использовались данные с 10 по 20 августа 2002 года, что соответствует пику пожарной активности, который был зафиксирован спутником NOAA.

Выгоревшая площадь, зафиксированная по данным спутника NOAA, при пожарах в Якутии составила около 5 млн га, а восстановленные значения газовых примесей по данным о сгоревшей биомассе, в частности, С02 = 28,6 1 09 кг. Длительность пожарного сезона в этих расчетах принималась равной 90 дней с шагом по времени 1 ч.

По данным спутникового зондирования зон массовых лесных пожаров можно проследить динамику дымовых шлейфов. Для этих целей была использована программа приема изображений облачности с К A NOAA в формате Analog Picture Transmission (APT) с последующей тематической обработкой.

Снимок пожаров и зоны задымления в Якутии 14 августа 2002 года

Рис. 4.13. Снимок пожаров и зоны задымления в Якутии 14 августа 2002 года

Спутниковый снимок территории Иркутской области и Красноярского края 21.07.2006 г

Рис. 4.14. Спутниковый снимок территории Иркутской области и Красноярского края 21.07.2006 г.

На рис. 4.13 представлен спутниковый снимок в АРТ-формате, на котором замкнутой линией очерчена зона видимого задымления и пожаров, на которой отмечены контрольные точки с координатами. Концентрация С02 в отмеченной зоне достигает своих наибольший значений.

На рис. 4.14 представлен спутниковый снимок в АРТ-формате зоны массовых лесных пожаров 21 июля 2006 года, где видно расположение циклонов и облачности, выделена область пожаров и распространения дымовых шлейфов. Данные эмиссий от пожаров диоксида углерода представлены на 18-километровой сетке при учете выгоревшей площади за 10 дней. Также по этому снимку можно оценить вклад эмиссий С02 от лесных пожаров в глобальном цикле углерода.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы