Оценка прямых пирогенных эмиссий углерода в лесах России за 2020 год по данным дистанционного мониторинга

© 2020 г.                                           Д.В. Ершов^*, Е.Н. Сочилова

ФГБУН Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, стр. 14

^*E-mail: dvershov67@gmail.com

Поступила в редакцию: 14.12.2020

Принята к печати: 27.12.2020

В статье приводятся результаты оценки пирогенных эмиссий соединений углерода в лесах России за 2020 год, проведенной с использованием методов дистанционного мониторинга. Площадь повреждений лесов от пожаров составила 6.5 млн. га, а размеры выбросов углерода – 36.5 МтС. Хотя площадь повреждений в целом по стране выше среднемноголетних значений, масштаб пирогенных выбросов углерода ниже среднемноголетних значений и по абсолютным показателям соответствует 2016 году. Отмечается рост выбросов углерода от пожаров после аномального 2012 года. Предварительный анализ всего периода наблюдений за пожарами позволяет предположить, что 2021 год может оказаться следующим после 2003 и 2012 гг. аномальным годом по горимости лесов и размерам прямых пирогенных выбросов углерода в атмосферу.

Ключевые слова: лесные пожары, пирогенные эмиссии, углерод, дистанционный мониторинг, лесные горючие материалы

Оценки ежегодных прямых выбросов углекислого и других парниковых газов в атмосферу в результате лесных пожаров необходимы для расчета баланса углерода в лесах. Современные подходы к оценке прямых эмиссий газов от пожаров базируются на комплексном использовании результатов анализа масштабов поврежденных пожарами лесов, данных допожарных запасов фитомассы лесных горючих материалов (ЛГМ) и методов математического моделирования выбросов углерода в зависимости от типа пожара и объемов доминирующих типов ЛГМ (Kasischke, Bruhwiler, 2002; Isaev et al., 2002; Rinsland et al., 2007; Junpen et al., 2011; Dolman et al., 2012; Замолодчиков и др., 2017). Разработанный в ЦЭПЛ РАН и модифицированный авторами в разные годы метод предусматривает расчет запасов основных проводников горения лесных горючих материалов (ЛГМ) до пожара (Сочилова и др., 2009), определение типа пожара и его интенсивности по спутниковым продуктам (Стыценко и др., 2013) и соответствующих расходов ЛГМ и объемов парниковых газов (Ершов и др., 2009), выделяющихся в процессе горения на всей территории России. Данные о пожарах и масштабах нарушений лесов формируются в ходе выполнения научно-исследовательских работ и поступают из ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019). Преимуществом метода является оценка прямых пирогенных выбросов углерода, которая определяется на основе пространственного анализа карт типов пожаров, их интенсивности и допожарных запасов ЛГМ (Isaev et al., 2002). Это позволяет получать статистическую оценку на разных пространственных уровнях лесного покрова России.

Апробация метода выполнялась для лесов России на национальном уровне за период наблюдений 2006-2015 гг. с использованием карты растительности TerraNorte RLC, запасов лесных горючих материалов до пожаров и средневзвешенных категорий состояния лесов, обусловленного пожарами (Ершов и др., 2016). В настоящее время созданная технология используется для ежегодной оценки прямых пожарных эмиссий углерода в лесах России с помощью данных дистанционного мониторинга. Последняя информация о размерах пожарных эмиссий за многолетний период наблюдений приводилась на конференции ИКИ РАН «Современные проблемы…» (Ершов, 2019). В соответствии с данными спутникового мониторинга (2002-2018 гг.),  суммарная площадь поврежденных пожарами лесов составила за указанный период 78.6 млн. га, размеры прямых пожарных эмиссий углерода 578.5 МтС. Ежегодно в среднем по всем территории площади повреждений составляют 4.6 (±2.4) млн. га и размеры выбросов – 34 (±19) МтС/год.

В таблице 1 приводится статистика прямых пожарных эмиссий углерода и парниковых газов за 10 лет с 2010 по 2019 годы. На рисунке 1 отображена динамика площадей повреждений и размеров удельных эмиссий углерода за десятилетний период. По данным спутникового мониторинга суммарная площадь поврежденных пожарами лесов составила 51.1 млн. га, размеры прямых пожарных эмиссий углерода – 375.1 МтС. Ежегодно в среднем площадь поврежденных лесов России равна 5.1 (±2.0) млн. га и размеры выбросов – 37.5 (±12.3) МтС/год. Согласно данным дистанционного мониторинга, 2020 год по площади поврежденных пожарами лесов и размерам эмиссии углерода сопоставим с 2016 годом. Хотя площадь поврежденных лесов превышает средние многолетние значения на 1.4 млн. га, абсолютные размеры выбросов углерода меньше на 0.91 МтС. Размеры выбросов парниковых газов также меньше среднемноголетних уровней за десятилетний период. Таким образом, при сравнении с данными, полученных за период с 2010 по 2019 годы, уровень пирогенных эмиссий в 2020 году является среднестатистическим.

Интересная картина наблюдается при анализе всего временного ряда пирогенных эмиссий углерода в период с 2002 по 2020 годы (рис. 2). На рисунке идентифицируется два аномальных года, а именно 2003 и 2012 годы, в которые абсолютные размеры пирогенных эмиссий составляли 127.1 МтС и 83.8 МтС, соответственно. Временной интервал между двумя аномальными годами равен 9 годам. Предположительно 2021 год может оказаться следующим чрезвычайным или аномальным по пожарам и масштабам пирогенных выбросов углерода в России, так как с 2012 года аномальных лет не наблюдалось.

Таблица 1. Оценки прямых эмиссий углерода и парниковых газов от лесных пожаров за последние 10 лет спутниковых наблюдений на территории Российской Федерации

*среднее отклонение рассчитывается: , где x – ежегодное значение показателя (эмиссия углерода и парниковых газов.);     – среднее значение показателя за n (10) лет

Вторым важным заключением, которое можно сделать из анализа полученных результатов, является то, что площади поврежденных лесов и интенсивность прямых пирогенных выбросов углерода после 2012 года увеличились в 1.4 раза. До 2012 года средняя площадь поврежденных лесов и размеры эмиссий составляли 3.95 млн. га и 29.2 МтС, а за последние 9 лет – 5.7 млн. га и 41.1 МтС.  В результате объем выбросов углерода за период с 2003 по 2011 годы (9 лет) сопоставим с объемом выбросов углерода от пожаров за период с 2012 по 2018 гг. (7 лет).

Пространственный анализ полученных оценок выбросов углерода от пожаров 2020 года на территории России показывает (рис.3), что основной вклад вносят регионы Урала (Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа), Сибири (Томская область, Красноярский край, Иркутская область) и Дальнего Востока (Республика Саха (Якутия), Забайкальский край и Амурская область).

На рисунке 4 показано отклонение размеров удельных пирогенных эмиссий углерода 2020 года относительно среднемноголетних значений.

В 2020 году превышение эмиссии углерода относительно среднемноголетних значений наблюдаются в лесах западной части Ханты-Мансийского автономного округа, северных территорий Пермского края и Свердловской области, восточной части Красноярского края, северных и центральных районов Иркутской области и Якутии, на севере Хабаровского края и на большей части Магаданской области, а также на лесных землях Чукотского автономного округа и Камчатского края. В европейской части России небольшие превышения значений эмиссий углерода над среднемноголетними показателями носят локальный и фрагментарный характер.

Заключение

Согласно проведенным оценкам, в 2020 году размеры выбросов углерода от лесных пожаров в России составили 36.5 МтС. Хотя площадь поврежденных лесов выше среднемноголетних значений на 1.4 млн. га, масштаб пирогенных выбросов углерода ниже среднемноголетних значений и по абсолютным значениям соответствует 2016 году. Отмечается рост ежегодных прямых выбросов углерода от пожаров в 1.4 раза после 2012 года. По объему эмиссий углерода от пожаров в России период с 2012 по 2018 гг. (7 лет) оказался сопоставимым с периодом 2003-2011 гг. (9 лет). Предварительный анализ всего периода наблюдений за пожарами позволяет предположить, что 2021 год может оказаться следующим после 2003 и 2012 гг.  аномальным годом по горимости лесов и размерам прямых пирогенных выбросов углерода, соизмеримым по масштабам повреждений лесов с 2003 и 2012 гг.

Статистическая оценка размеров пирогенных эмиссий углерода выполнена в рамках государственного задания ЦЭПЛ РАН АААА-А18-118052590019-7, обработка данных дистанционного мониторинга и геоинформационных карт проведена при поддержке Российского научного фонда (проект №19-77-30015).

Список литературы

Ершов Д.В. Оценка эмиссий углерода от пожаров в лесах России на основе результатов спутникового мониторинга // Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: Институт космических исследований Российской академии наук, 2019. С. 519.

Ершов Д.В., Барталев С.А., Исаев А.С., Сочилова Е.Н., Стыценко Ф.В. Метод оценки пожарных эмиссий парниковых газов с использованием спутниковых данных: результаты применения для лесов России в 21 веке // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии: Доклады VI Всероссийской конференции. (Москва, 20-22 апреля 2016 г.) М.: ЦЭПЛ РАН, 2016. С. 12-17.

Ершов Д.В., Ковганко К.А., Сочилова Е.Н. ГИС-технология оценки пирогенных эмиссий углерода по данным Terra-MODIS и государственного учета лесов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. В.6. Т.2. С. 365-372

Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Шуляк П.П., Честных О.В. Современное сокращение стока углерода в леса России // Доклады Академии наук. 2017. Т. 476. № 6. С. 719-721. DOI: 10.7868/S0869565217060251

Сочилова Е.Н., Ершов Д.В., Коровин Г.Н. Методы создания карт запасов лесных горючих материалов низкого пространственного разрешения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. В.6. Т.2. С. 441-449.

Стыценко Ф.В., Барталев С.А., Егоров В.А., Лупян Е.А. Метод оценки степени повреждения лесов пожарами на основе спутниковых данных MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 1. С. 254-266.

Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Кашницкий А.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Константинова А.М., Кобец Д.А., Мазуров А.А., Марченков В.В., Матвеев А.М., Радченко М.В., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151-170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.

Dolman A. J., Shvidenko A., Schepaschenko D., Ciais P., Tchebakova N., Chen T., van der Molen M. K., Belelli Marchesini L., Maximov T. C., Maksyutov S., Schulze E.-D. An estimate of the terrestrial carbon budget of Russia using inventory-based, eddy covariance and inversion methods // Biogeosciences. 2012. Vol. 9. P. 5323-5340.

Isaev A.S., Korovin G.N., Bartalev S.A., Ershov D.V., Janetos A.,Kasishke E., Sugart H., French N.,  Orlick B., Murphy T. Using remote sensing for assessment of forest wildfire carbon emissions // Climate Change. 2002. Vol. 55. P. 235-249

Junpen A., Garivait S., Bonnet S., Pongpullponsak A. Spatial and Temporal Distribution of Forest Fire PM10 Emission Estimation by Using Remote Sensing Information // International Journal of Environmental Science and Development. 2011. Vol. 2 (2). P. 156-161. DOI: 10.7763/IJESD.2011.V2.115

Kasischke E. S., Bruhwiler L.P. Emissions of carbon dioxide, carbon monoxide, and methane from boreal forest fires in 1998 // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107. P.8146.

Rinsland C.P., Goldman A., Hannigan J. W., Wood S. W. Chiou, L. S., Mahieu E. Long-term trends of tropospheric carbon monoxide and hydrogen cyanide from analysis of high resolution infrared solar spectra // J. Quant. Spectrosc. Ra. 2007. Vol. 104. P. 40-51.

Рецензент: к.с.-х.н., заместитель директора ИЛ КарНЦ по научной работе Мошников С.А.