Повна стаття Виявлення негайного впливу пожежі на стік у погано вимірюваній гірській місцевості

  • Завантажити цитату
  • https://doi.org/10.1080/02626667.2014.959960
  • CrossMark

Спеціальний випуск: Моделювання тимчасово-змінних водозборів

  • Повна стаття
  • Цифри та дані
  • Список літератури
  • Цитати
  • Метрики
  • Передруки та дозволи
  • PDF
  • EPUB

Анотація

Резюме

ВСТУП

Пожежі призводять до швидких короткострокових та довгострокових змін навколишнього середовища, що включають зміни рослинного покриву, властивостей ґрунту, тепла та потоків води між атмосферою та грунтом, гідрологічного режиму, ерозії та масового руху.

впливу

Післяпожежні гідрологічні зміни широко аналізувались у теплих і сухих середовищах, таких як Середземне море, Австралія, Південна Африка та США (Scott 1993, Cosandey та ін. 2005, Нірі та ін. 2005, Шексбі та Доерр 2006, Соуліс та ін. 2012, Stoof та ін. 2012, Чжоу та ін. 2013, 2014), в основному на схилах та на малих вододілах (Lavabre та ін. 1993, Скотт 1993, Россо та ін. 2007, Суліс та ін. 2012, Stoof та ін. 2012). Дуже мало досліджень впливу пожежі на гідрологію було проведено в середніх і великих басейнах (Shakesby and Doerr 2006) або в холодних регіонах (Buttle and Metcalfe 2000, Owens та ін. 2013).

Більшість досліджень, присвячених теплим і сухим водозборам, повідомляють про збільшення пікових скидів і загального стоку. Зменшені перехоплення та втрати води в смітті, усунена транспірація та утворення гідрофобного шару грунту зазвичай називають факторами, що впливають на сухопутний потік та збільшення загального потоку (Shakesby and Doerr 2006; Neary та ін. 2005). Навпаки, деякі дослідження в більших і холодних басейнах показали суперечливі результати. Наприклад, Оуенс та ін. (2013) не виявив жодної суттєвої різниці між піковим потоком до та після пожежі над водозбором 158 км 2 у центральній Британській Колумбії, Канада, за винятком попереднього початку (до 2 тижнів) освіжі. Близький та ін. (2005) повідомили про зменшення потоку танення снігу на сильно обпалених вододілах. Вони пов’язали це з нижчою щільністю дерев над обпаленим вододілом, що дозволило збільшити вплив снігового покриву на випаровування. Зайберт та ін. (2010) виявили середній піковий приріст потоку на 120% після сильних лісових пожеж, що призвели до повного знищення великих ділянок лісу на водозбірних ділянках, де переважають сніги в Каскадних горах, США.

Хоча були задокументовані глибокі наслідки пожежі на снігу, грунті та ландшафтних характеристиках, що зумовлюють гідрологічні процеси в холодних регіонах, все ще потрібні значні зусилля для просування нашого розуміння впливу лісових пожеж на гідрологію водозбору у холодних середовищах. У всьому світі таких досліджень дуже мало (Buttle and Metcalfe 2000, Seibert та ін. 2010), і автори не знають жодного для Сибіру. Боротися з нестаціонарною поведінкою ландшафту після пожежі є складним завданням (Thirel та ін. 2015), і він ще не був належним чином включений в гідрологічні та екологічні моделі (Hinzman та ін. 2003). Деякі автори застосовують підхід моделювання для оцінки впливу пожежі на гідрологічні процеси (Lavabre та ін. 1993, Бісон та ін. 2001, пров та ін. 2010, Зайберт та ін. 2010, Ebel 2013). У цих дослідженнях моделі, відкалібровані за попередніми даними, використовуються як індикатори змін після збурення (Сейберт та ін. 2010, Lavabre та ін. 1993), а в деяких випадках і як інструменти для дослідження природи цих змін (Seibert та ін. 2010, Ebel 2013).

Метою даної роботи є оцінка впливу лісових пожеж на гідрологічний режим покритих багаторічно мерзлотою вододілів Східного Сибіру та дослідження використання моделі гідрографа (Виноградов та Виноградова 2010, Виноградов та ін. 2011, Семенова та ін. 2013) як інструмент для врахування перехідної поведінки вічномерзлих ландшафтів за допомогою динамічного набору параметрів моделі. Хоча на місці спостереження є ключовими для виявлення тенденцій місцевих ландшафтних умов та отримання розуміння динаміки рівня процесів, у досліджуваному регіоні Сибіру мережі спостережень надзвичайно розріджені. Дані дистанційного зондування та продукти застосовувались для заповнення цієї прогалини.

МІСЦЕ ДОСЛІДЖЕННЯ: БАСЕЙН РІКИ ВІТІМ

Місця дослідження - басейн річки Вітим, колія Романівки (18 200 км 2 - вихід 1 на рис. 1) та вкладений басейн річки Вітімкан, Івановський колектор (969 км 2 - вихід 2 на рис. 1). Вони були обрані на основі даних дистанційного зондування MODIS Burned Area як вододіли, які сильно постраждали від пожежі в 2003 році. Відсоток обпаленої площі басейнів після пожежі в 2003 році становив 49% (Vitim) і 78% (Vitimkan).

Опубліковано в Інтернеті:

Рис. 1 Розташування басейнів річок Вітим та Вітімкан (вкладені).

Рис. 1 Розташування басейнів річок Вітим і Вітімкан (вкладені).

Басейни розташовані в зоні суцільної мерзлоти Східного Сибіру в басейні річки Верхня Лена. Низький вміст вологості в поверхні влітку 2002 року та бездощовий період у квітні – травні 2003 року спричинили великі пожежі типу «повзання» (Ісаєв 2011) у травні – червні 2003 року по всьому Забайкальському регіону Східного Сибіру (Форкель та ін. 2012). Вибір досліджуваних водозбірних басейнів визначався великою площею пожежних порушень та наявністю гідрометеорологічних даних.

Дані дистанційного зондування пожежі

Виріб MCD45A1 - зона спалення MODIS - надає інформацію про день горіння на основі кожного пікселя. Дані доступні у вигляді щомісячних композитів з 2000 по 2013 рр. Просторова роздільна здатність колекції версії 5, яка була використана в цьому дослідженні, становить 500 м (Boschetti та ін. 2009). Алгоритм спаленої площі відображає день горіння за допомогою багаточасових даних про відбиття поверхні суші на основі загального методу виявлення змін, описаного Роєм та ін. (2002, 2005).

Гідрологічні та метеорологічні дані

Це дослідження базується на використанні щоденних даних, отриманих від Російської державної гідрометеорологічної мережі (метеорологічних та гідрологічних станцій). Є дані про щоденні скиди за період 1958–2004 рр. Для басейну річки Вітімкан (вихід Івановського) та 1958–2010 рр. Для басейну річки Вітим (вихід Романівки). Ми отримали метеорологічний ряд (добові значення глибини опадів, середньої температури повітря та відносної вологості повітря) для п’яти метеорологічних станцій (рис. 1) від Всеросійського науково-дослідного інституту гідрометеорологічної інформації - Світового центру даних (http: //aisori.meteo. ru/ClimateR) та Сибірський науковий кластер систем Землі, Єнський університет (Eberle та ін. 2013; http://artemis.geogr.uni-jena.de/gsod-siberia/).

Основні характеристики метеорологічних станцій узагальнені в таблиці 1. Короткі прогалини (до 5 днів) у даних про температуру повітря та відносну вологість заповнювались значеннями, інтерпольованими між попередньою та наступними датами. Більші прогалини в температурі та вологості повітря, а також проміжки будь-якої довжини в опадах заповнювались даними найближчої станції на тій же приблизній висоті.

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 1 Характеристика метеорологічних станцій, які використовувались у дослідженні. Ідентифікатор станції див. На рис. 1.