Влияние используемых данных о типах растительности на оценки выбросов от лесных пожаров по модели GFAS

Оценка выбросов углеродсодержащих веществ от лесных пожаров является одной из актуальных задач спутникового мониторинга окружающей среды. Для её решения применяется глобальная модель GFAS (Global Fire Assimilation System), позволяющая рассчитывать массу сгоревшего сухого вещества и выбросы газов на основе спутниковых измерений радиационной мощности пожаров (FRP). Одним из параметров модели является коэффициент пересчёта β, связывающий энергию излучения пожара (FRE) с массой сгоревшего сухого вещества (DM). Его величина зависит от характеристик горючих материалов и типа растительного покрова [1]. Поэтому используемая информация о растительности может существенно влиять на получаемые оценки выбросов.
Целью работы является исследование влияния используемых карт типов растительности на коэффициенты пересчёта β и получаемые с их помощью оценки выбросов от лесных пожаров на территории Российской Федерации.
Для проведения исследования использовались данные модели GFAS о радиационной мощности пожаров с пространственным разрешением 0,1° [1], данные GFED (Global Fire Emissions Database) о массе сгоревшего сухого вещества с разрешением 0,25° [2], а также два картографических продукта: глобальная карта типов растительности MODIS MCD12Q1 [3] и многолетний ряд карт растительности Российской Федерации, разработанный в ИКИ РАН с пространственным разрешением около 230 м [4]. Анализ проводился для территории России за период 2003–2023 гг.
Для совместного анализа разнородных данных разработана схема пространственного сопоставления регулярных сеток GFAS и GFED с картами растительности. Обработка выполнялась в среде PostgreSQL/PostGIS с использованием равноплощадной проекции Альберса. Для каждого пересечения ячеек определялись площади различных классов растительного покрова, на основе которых выполнялось распределение значений FRE и DM. Коэффициенты пересчёта рассчитывались как отношение суммарной массы сгоревшего сухого вещества к суммарной энергии излучения пожаров: β = ΣDM / ΣFRE.
Для оценки согласованности карт в пределах каждой ячейки GFAS определялась доля лесной растительности по обоим продуктам. На основе абсолютной разности полученных долей были выделены три группы ячеек: с высокой (расхождение менее 5 %), средней (от 5 до 20 %) и низкой (более 20 %) степенью совпадения.
Сопоставление результатов показало зависимость рассчитанных коэффициентов β от степени согласованности карт растительности. Для трёх выделенных групп значения β по карте ИКИ РАН составили соответственно 1,7835; 1,4734 и 1,3196 кг/МДж, а по исходному варианту классификации MODIS – 1,7839; 1,4708 и 1,1682 кг/МДж. Наибольшее расхождение наблюдалось в третьей группе и составило 0,1514 кг/МДж, или около 11,5 % относительно коэффициента, рассчитанного по карте ИКИ РАН. При этом интегральные значения коэффициента за весь период составили 1,549 и 1,551 кг/МДж соответственно.
Таким образом, установлено, что различия в классификации растительного покрова могут оказывать существенное влияние на коэффициенты пересчёта радиационной энергии пожаров в массу сгоревшего вещества. Наибольшие расхождения наблюдаются в ячейках, для которых оценки доли лесной растительности по двум картам существенно различаются. Перспективным направлением дальнейших исследований является использование более детальной информации о типах растительности непосредственно в пределах областей активного горения, а также применение коэффициентов пересчёта, учитывающих особенности различных типов лесных экосистем России.
Работа выполнена в рамках темы «Эмиссия» (госрегистрация № 125111112878-8) с использованием ресурсов Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).