Геоинформационное моделирование деградации лесных насаждений Волго-Ахтубинской поймы

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 629.78.519.6

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕГРАДАЦИИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ

В.Г. Юферев, доктор сельскохозяйственных наук Н.Н. Таранов, аспирант

Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации

Рассмотрено моделирование пространственно-временного изменения состояния лесных насаждений в ландшафтах Волго-Ахтубинской поймы для оценки и прогнозирования процессов их деградации.

Ключевые слова: модель, ландшафт, геоинформатика, деградация, динамика, лесные насаждения.

В современном мире геоинформационные технологии активно внедряются для определения состояния ландшафтов. Выявление состояния лесных насаждений, организация мониторинга и выявление динамики лесных массивов являются важными задачами, решение которых обеспечит устойчивое функционирование уникальных лесных ландшафтов Волго-Ахтубинской поймы. Для работы с пространственно определенной тематической информацией используют локальные геоинформационные системы, которые содержат сведения о ландшафтных объектах в форме их математических, цифровых векторных, растровых и других представлений [2].

Авиационные и космические оптические снимки являются растровой моделью участка поверхности, они содержат определенную информацию о месте, времени и состоянии лесных насаждений, актуальную на момент съемки. По результатам анализа такой информации создаются геоинформационные картографические слои, где учитываются актуальные изменения, что в совокупности с цифровыми моделями рельефа, результатами дешифрирования снимков предыдущих съемок, математическими моделями и другой графической и атрибутивной информацией обеспечит мониторинг, оценку динамики и прогнозирование состояния лесных насаждений.

Геоинформационное моделирование процессов деградации лесных насаждений на основе космоснимков предполагает определение закономерности изменения их сохранности во времени с учетом пространственного положения в выбранной системе координат. Введение четвертой координаты — времени — позволяет изучить динамику процессов и ввести понятие пространственно-временных данных. Итогом компьютерного математико-картографического моделирования является составление прогнозных карт состояния лесных насаждений в цифровом и бумажном виде [3].

Тестовый участок расположен в природном парке «Волго-Ахту-бинская пойма» в окрестностях поселка Госпитомник Среднеахтубинского района Волгоградской области. Для проведения мониторинга сохранности лесных насаждений по площади полога важно отслеживать пространственную и временную динамику изменения площади полога. За «точку отчета» для построения пространственно-временной модели принимается самый ранний космоснимок из имеющихся по годам съемки. Для оценки изменений в состоянии и сохранности древостоя на тестовом участке использован пространственно-временной анализ изменения площади полога, которая однозначно определяет сохранность лесного насаждения [3].

Математико-картографическое моделирование включает разновременное картографирование различных объектов ландшафта, при котором создается ряд электронных тематических разновременных космокарт. На этих картах устанавливаются и выделяются цветом участки сохранившегося полога во временной последовательности (рис. 1). Все операции осуществляются методами компьютерной обработки цифрового картографического материала [1].

2002 г. 2004 г. 2010 г. 2012 г.

- полог лесного насаждения

Рисунок 1 - Динамика сохранности полога лесного насаждения по разновременным космоснимкам

Математический аппарат используется для построения цифровой модели текущего состояния и прогноза изменения полога, а также для вычисления прогнозных значений их параметров с целью отображения полученных результатов с учетом динамики происходящих процессов.

В результате анализа космоснимков получены данные по изменению сохранности полога лесной растительности за 10-летний период (рис. 1). Регрессионный анализ изменений сохранности насаждений на этом полигоне дал возможность получить прогнозно-математическую модель стипенного типа в виде = 0,913):

П1 л-3 1 -0,393

у= 73,031х , где у - сохранность насаждений, %; х - временной интервал, год.

0 5 10 15 20

X Экспериментальные показатели Расчетные показатели

Рисунок 2 - Изменение сохранности лесных насаждений на тестовом участке

«Госпитомник»

В результате анализа полученной информации установлено, что с 2002 по 2012 года площадь полога леса сократилась с 62,87 % до 28,24 % (рис. 2). Полученное уравнение дает возможность прогнозировать дальнейшую динамику сохранности насаждений. Например, к 2020 году их сохранность при отсутствии необходимых мероприятий по восстановлению составит 22,15 %, что соответствует уровню деградации «Бедствие».

На тестовом участке в кризисной ситуации находятся два участка: участок естественного произрастания дуба и участок искусственных полезащитных лесных насаждений. Участок полезащитных насаждений практически полностью выпал, а участок естественного произрастания дуба также подвергся деградации, но в меньшей степени (рис. 3).

I I I - полог естественного насаждения

J - полог искусственного насаждения

Рисунок 3 - Участки насаждений на тестовым участке

Полученные данные позволяют выделить опасные по уровню деградации зоны модельного участка и разработать план агролесомелиоративных мероприятий по ликвидации кризисной ситуации.

Современные компьютерные технологии позволяют в приемлемом временном режиме выполнять целенаправленную обработку и автоматизированную интерпретацию огромных массивов динамических картографических данных. Новая эффективная технология моделирования с использованием геоинформационных программных комплексов является основой для изучения закономерностей процессов и прогнозирования изменений сохранности лесных насаждений.

Библиографический список

1. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации [Текст]/ В.Г. Юферев, К.Н. Кулик, А.С. Рулев, К.Б. Мушаевы, А.В. Кошелев, З.П. Дорохина, О.Ю. Березовикова. -Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. - 102 с.

2. Применение информационных технологий в агролесомелиоративном картографировании [Текст] : метод. пособие/К.Н. Кулик [и др.]. - М.: РАСХН, 2003.

3. Юферев, В.Г. Агролесомелиоративное картографирование и моделирование деградационных процессов на основе аэрокосмического мониторинга и геоинформационных технологий [Текст] : автореф. дисс. ... д-ра с-х. наук: 06.03.04. / Юферев Валерий Григорьевич. - Волгоград, 2009.

E-mail: vyuferev1@rambler.ru