Содержание к диссертации
стр.
Введение 3
Глава 1. Состояние и задачи лесного картографирования 9
Глава 2. Программа исследований и объем выполненных работ 18
2. 1 Цели и задачи исследования 18
2. 2 Краткое описание объектов проведения работ 18
2. 3 Материалы дистанционного зондирования 32
2. 4 Структура экспериментальных ГИС 36
2. 5 Содержание и объем выполненных работ 39
Глава 3. Эколого-картографическое обеспечение лесов особо охраняемых террито
рий 45
Глава 4. Эколого-картографическое обеспечение резервных лесов 106
Глава 5. Анализ ландшафтных особенностей фенологического состояния раститель
ного покрова 138
Глава 6. Особенности составления цифровых карт лесов на основе материалов лесо-
инвентаризации и данных дистанционных съемок 151
Выводы 156
Список литературы 158
Введение к работе
Актуальность темы.
Концепция развития лесного хозяйства на 2003-2010 гг. предусматривает обеспечение потребностей российских производителей и экспортеров в качественном и доступном сырье, а также сохранение экологического потенциала и защитных функций лесов, т.е. создание условий, обеспечивающих устойчивое управление лесами при непрерывном, рациональном и иеистощительном пользовании лесным фондом [60]. Тем самым на официальном уровне отмечена устойчивая тенденция смены парадигм использования леса от ресурсно-сырьевой к биосферно-стабилизирущей [ИЗ]. Иными словами, утверждается научное и общественное понимание того, что в современных условиях необходимо разрабатывать долгосрочную политику по сохранению лесов и совместимости экономического роста, связанного с рациональным лесопользованием и потреблением природных ресурсов.
Для России характерна последовательность действий в области международной природоохранной деятельности, в частности в выполнении взятых на себя обязательств по наиболее важным глобальным соглашениям. Россией приняты к исполнению все рекомендации Конференции ООН по охране окружающей среды и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), Конференции ООН по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002 г.). После ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН Россия приступает к проведению на своей территории мониторинга баланса парниковых газов, оценке пулов углерода в лесном фонде страны и лесах, не входящих в него, а также к выполнению конвенции о сохранении биоразнообразия и об изменении климата.
Лесоучетные работы при лесоустройстве (лесоинвентаризации), а также различные виды слежения за состоянием лесов связаны с интенсивным развитием информационных технологий и методов обработки данных дистанционного зондирования. Наиболее наглядные успехи последних лет связаны с практически полным завершением инвентаризации резервных лесов (около 450 млн. га) с помощью космической информации, с освоением технологии лесопожарного, лесопатологического мониторинга, а также мониторинга организации и состояния лесопользования в лесном фонде России (Исаев А. С, Коровин Г. Н., Сухих В. И., 1995).
Применение картографических методов изучения лесов и лесных территорий с привлечением аэрокосмических средств - одно из научно-прикладных направлений изучения лесного покрова и оценки его состояния. Поэтому эколого-картографический подход привлекается как научная основа исследований, проектирования и оперативной деятельности в лесу. Экологическое картографирование получило в последние годы активное развитие, приобрело характер заметного научно-технического направления. Оно стало одним из инстру-
ментов управления природопользованием и существенным аргументом в борьбе за безопасную среду обитания [58].
К лесным картам экологического содержания относятся карты, отражающие различные направления экологической проблематики - состояния лесных ресурсов и лесной среды, важные для развития лесных экосистем природные и антропогенные (техногенные) воздействия, изменения и последствия в составе лесного фонда, возникающие в результате этих воздействий, результаты проведения экологических и лесохозяйственных мероприятий и рекомендаций и др. Таким образом, создание лесных цифровых карт экологического содержания предназначено, в первую очередь, для характеристики и проведения картографических методов оценки экологических функций лесных экосистем, а также увеличения разнообразия видов карт, характеризующих региональные особенности лесного фонда при лесоустройстве. Это направление тем более актуально, что огромная территория лесного фонда нашей страны в нужной степени не обеспечена достоверными картографическими данными, особенно с учетом неразвитости рынка электронных и бумажных карт. Кроме того, информация, поступающая в результате лесоустроительных и лесоинвентаризационных работ, существенно запаздывает по отношению к происходящим естественным и антропогенным изменениям в структуре и состоянии лесного фонда в связи с большой трудоемкостью лесоустройства. Вследствие этого планирование и реализация государственной лесной политики обладает определенной инерционностью и государственное управление лесами неадекватно провозглашенным принципам неистощительности пользования лесом [81, 83]. Поэтому развитие эколого-картографического сопровождения инвентаризации и мониторинга лесов является актуальной задачей, которая в полной мере соответствует задачам Федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России па 2002-2010 гг.», утвержденных приоритетных направлений развития науки и техники в нашей стране.
Цель и задачи исследования.
Цель работы заключалась в развитии эколого-картографической технологии на основе данных дистанционного зондирования и лесоинвентаризации, а также создании новых, нетрадиционных для лесного картографирования цифровых карт.
Лесные цифровые карты экологического содержания предназначены для характеристики и проведения картографических методов оценки экологических функций лесных экосистем, а также увеличения разнообразия видов карт, характеризующих состояние лесного фонда. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ содержания существующих лесных экологических карт;
картографическое отображение пространственного распределения биометрических параметров лесонасаждений различными способами;
разработка оригинальных карт оценки состояния насаждений по данным лесопатоло-гического обследования лесного массива;
оценка деструктивных изменений лесного покрова в результате ветровала и размножения стволовых вредителей на основе космической снимков высокого разрешения, и
* последующая актуализация данных учета лесов;
выявление и учет на основе материалов космических съемок текущих изменений, вызванных пожарами в лесном фонде труднодоступных районов;
оценка фитомассы при совместном использовании материалов лесоинвентаризации и данных космических съемок;
анализ с помощью космической информации особенностей фенологического состояния растительного покрова.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Исследованы новые методы цифровой картографии для пространственного отображения и анализа ресурсно-экологических свойств лесов на основе данных лесоинвентаризации и дистанционного зондирования.
Разработана методика выявления и учета текущих изменений в лесном фонде труднодоступных районов, вызванных лесными пожарами, а также оценки деструктивных изменений
лесного покрова в результате ветровалов и усыхания деревьев на основе космических сним
ков нового поколения и данных лесоинвентаризации.
Разработан вариант повыдельной оценки и картографического представления запасов надземной фитомассы лесного (растительного) покрова на основе совместного использования материалов лесоинвентаризации и данных космических съемок.
Показаны результаты исследования фенологического лесного покрова по данным дистанционного зондирования в зависимости от структуры лесных ландшафтов Западной Сибири.
В результате выполненных работ составлена серия тематических цифровых лесных
карт в процессе проведения лесоустройства территории национального парка "Лосиный ост
ров" (1998 г.), подготовлены «Методические рекомендации по составлению лесных цифро
вых карт экологического содержания на основе данных дистанционных съемок и материалов
лесоинвентаризации» (2002 г.) и «Проект руководства по составлению цифровых карт лесов
на основе материалов лесоинвентаризации и данных дистанционных съемок при формирова-
lfc ний многоуровневых геоинформаиионньк систем (ГИС)» (2003 г.). Разработана методика
выявления и учета на основе материалов космических съемок текущих изменений в лесном фонде труднодоступных районов, вызванных пожарами, а также оценки деструктивных изменений лесного покрова в результате ветровалов и усыхания деревьев на основе космических снимков нового поколения и данных лесоинвентаризации средствами ГИС технологии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту,
Рекомендации по эколого-картографическому сопровождению лесоинвентаризации и мониторинга лесов, основанные на использовании данных дистанционного зондирования и технологии геоинформационных систем.
Разновидности цифрового картографического отображения данных современного состояния категорий земель лесного фонда и анализ возможностей обновления старых лесных карт.
Результаты исследования информативных свойств космических снимков при определении фенологического состояния лесного (растительного) покрова.
Апробация работы.
Основные результаты были доложены на 12 международных, всероссийских симпозиумах, конференциях и совещаниях: IV Международном симпозиуме "Проблемы экоин-форматики" (Москва, 2000), на VIII Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сьжтывкар, 2001), на XI Международном симпозиуме по биоиндикаторам "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга" (Сыктывкар, 2001), на Международном совещании "Лесные стационарные исследования. Методы, результаты, перспективы" (Москва, 2001), Всероссийской научной конференции "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами" (Муром, 2001), на П Всероссийской научной конференции по картографии "Картография XXI века: теория, методы, практика" (Москва, 2001), на Ш Всероссийской конференции "Аэрокосмические методы и геоинформационные технологи в лесоведении и лесном хозяйстве" (Москва, 2002), на Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н. П. Анучина, "Теория и практика лесоустройства и лесопользования" (Москва, 2003), на Международной конференции "Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы" (Сьжтывкар, 2003), на Всероссийской научной конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов" (Москва, 2003), на Международной конференции "Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: состояние и перспективы" (Йошкар-Ола, 2005 г.), на научно-практической конференции "Водлозерские чтения: естественно научные и гуманитарные основы природоохранной и просветительской деятельности национального парка "Водлозер-ский" (Петрозаводск, 2006 г.).
Публикации, По результатам исследований опубликовано 1 печатных работ, список которых приводится в конце диссертации.
Организация исследований и вклад автора. Работа выполнена в течение 1999 - 2006 гг. в Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской Академии наук (ЦЭПЛ РАН) в соответствии с программой фундаментальных исследований Отделения Общей биологии РАН «Разработка научных основ и методов мониторинга лесов» (регистрационный №01.20.02 16365) и по программе ГНТП "Фундаментальные космические исследования: "Разработка методов изучения динамических процессов в бореальных лесах и их продуктивности средствами дистанционного зондирования из космоса с использованием геоинформационных систем" (1994-1997 гг.). Кроме того, диссертант принимала участие при выполнении работ по теме Федеральной целевой научно-технической программе (шифр «Биометрия») «Информационное обеспечение комплексной оценки и прогноза эффективного лесопользования на основе мониторинга лесных экосистем» (№ 43.0116,11.1626 от 01.02.02); по теме «Крупномасштабные процессы в бореальных лесах Евразии и прогноз их воздействия на состояние биосферы» (Госконтракт с Министерством промышленности, науки и технологий РФ № 43.016.11.1626 от 01.02.2002 г,); по теме «Методические рекомендации по составлению лесных цифровых карт экологического содержания на основе данных дистанционных съемок и материалов лесоинвентаризации» (договор с ВНИИЛМом № 02-10/6Л-13-01 от 10.05. 2001 г,);; по теме «Разработка методических рекомендаций обнаружения деструкции хвойных лесов по крупномасштабным космическим снимкам» (договор с МГУЛ № 05-066 07 от 29.09.2005).
Значительные по объему исследования выполнены в Международном институте леса при проведении лесоустройства национального парка «Лосиный остров» (договоры с Правительством Москвы № 1 ПК/7 от 28.06.1996 г. и № 12/НП 103404 УГЗ от 15.03.1999 г.), а также по теме «Разработка рекомендаций по совершенствованию мониторинга лесов на основе использования информации, получаемой со спутников нового поколения» (договор с НЦ ОМЗ в рамках Госконтракта с Росавиакосмосом на НИР «Ветер» № 903-0322/03 от 14.05.2003 г.).
В диссертацию включены результаты исследований, выполненные непосредственно диссертантом, а также при участии автора в разработке методических положений эколого-картографического анализа и обработки материалов космических съемок и баз данных лесоинвентаризации, а также при создании цифровых лесных карт экологического содержания.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 164 страницах и состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Текст содержит 14 таблиц и 65 рисунков. Список литературы содержит 143 наименования.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.с.-х.н. Жирину В. М., признательность за помощь в работе над диссертацией научному
консультанту д. б. н. Носовой Л. М., за доброжелательное отношение и поддержку профессору дх.-х.н. Сухих В. И., профессору д. б. н. Уткину А. И. и своим коллегам к. с.-х. н. Шаталову А. В., к. г. н. Князевой С. В., сотрудникам Центрального лесоустроительного предприятия Бахтиновой Е. В., Минченко И. Е., при непосредственном участии которых проведены исследования.
