Исследование Земли из Космоса, 2020, № 4, стр. 3-17

ВВЕДЕНИЕ

Природные пожары на территории Российской Федерации – ежегодное явление, угрожающие населению, лесному фонду и инфраструктуре (Исаев и др., 1995; Воробьев и др., 2004; Бондур, 2011; Бондур и др., 2016). Они являются одним из основных источников эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей в атмосферу, оказывающих влияние на экологическое состояние окружающей среды и изменение климата (Бондур, 2015; Бондур, Гинзбург, 2016; Бондур и др., 2020; Виноградова, 2016; Швиденко и др., 2011).

Огромные площади и труднодоступность многих территорий Российской Федерации усложняют процесс раннего обнаружения и анализа последствий природных пожаров. Наиболее эффективным способом оперативного мониторинга природных пожаров и оценки их последствий является применение космических методов и технологий (Бондур, 2011, 2015; Бондур и др., 2016, 2019 (а, б); Бондур, Гордо, 2018; Барталев и др., 2012; Щетинский и др., 2008; Сочилова, Ершов, 2007; Xu, Zhong, 2017; Lin et al., 2019).

Основными источниками оперативных данных для выявления очагов природных пожаров являются данные низкого пространственного разрешения, получаемые со спутников Terra, Aqua, NOAA, Suomi NPP, FengYun-3, Метеор-М-№ 2 и др., обеспечивающих высокую периодичность и позволяющих своевременно выявить возгорания на больших, в том числе труднодоступных территориях. Использование данных, полученных с этих спутников, обеспечивает возможность получения наиболее оперативной и полной информации, что особенно важно для мониторинга лесных, степных и торфяных пожаров, а также оценки объемов вызываемых ими эмиссий вредных примесей (малых газовых компонент и мелкодисперсных аэрозолей) в воздушную среду с целью обеспечения безопасности населенных пунктов и предупреждения негативных последствий на состояние окружающей среды, лесного фонда, а также для здоровья людей (Бондур, 2011, 2015; Бондур и др., 2016, 2019 (а, б); Бондур, Гордо, 2018; Бондур, Гинзбург, 2016, 2015; Pu et al., 2004; Giglio et al., 2016).

Для более детального анализа площадей возгорания, а также последствий природных пожаров, включая, оценку площадей выгоревших территорий, потерь лесного фонда, используются космические данные среднего разрешения с таких спутников, как Landsat, SPOT, Sentinel-2, Канопус и др. (Бондур, 2015; Бондур и др., 2016; Бондур, Гордо, 2018; Сочилова, Ершов, 2007). Раннее обнаружение и непрерывное наблюдение крупных пожаров возможно также с использованием данных низкого пространственного разрешения, полученных с борта геостационарных спутников, таких, например, как Himawari, FengYun-2 и др. (Xu, Zhong, 2017; Lin et al., 2019).

В настоящей работе приводятся результаты пространственно-временного анализа площадей природных пожаров и вызываемых ими эмиссий малых газовых компонент и мелкодисперсных аэрозолей на основе данных космического мониторинга на всей территории Российской Федерации и ее отдельных крупных регионов за период времени с 2001 по 2019 гг.

ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для анализа динамики площадей природных пожаров на территории России и расчета соответствующих им объемов эмиссий малых газовых компонент и аэрозолей за период с 2001 по 2019 гг. были обработаны данные космического мониторинга в соответствии с подходом, подробно описанным в работах (Бондур, 2011, 2015; Бондур и др., 2016).

В общем виде методика проведения исследований состояла из нескольких шагов. На первом этапе проводился расчет площадей, пройденных огнем, на основе пространственного анализа ежедневных данных, формируемых с использованием информационного продукта MOD14 с пространственным разрешением 1 км (Giglio et al., 2016) за пожароопасный период (с апреля по октябрь). При этом учитывалась фактически выгоревшая территория за год без учета повторяемости горения одного и того же участка внутри пожароопасного сезона.

Далее все выявленные площади, пройденные огнем, были идентифицированы в соответствии с преобладающим типом почвенно-растительного покрова по данным продукта MCD12Q1 v. 6 (MODIS Land Cover Type 500 m) на основе классификации международной геосферно-биосферной программы (IGBP) (Friedl et al., 2010). Всего на территории Российской Федерации было выделено 13 типов почвенно-растительного покрова, включая 4 класса лесного покрова, 4 класса кустарниковой, степной и луговой растительности, 2 класса сельхозугодий, 3 класса непокрытых растительностью территорий. В настоящей работе были обновлены значения эмиссионных коэффициентов, соответствующие различным типам сгораемой растительности, в формуле для расчета общей массы вещества (Seiler, Crutzen, 1980; Бондур, 2015; Бондур и др., 2016; Бондур, Гордо, 2018), выбрасываемого в атмосферу, в соответствии с данными, представленными в работах (Wiedinmyer et al., 2011; Akagi et al., 2011).

На заключительном этапе с использованием данных о типах почвенно-растительного покрова и выгоревших площадях, полученных по данным космического мониторинга, были рассчитаны ежемесячные и годовые суммарные значения площадей природных пожаров, а также вызванных ими объемов эмиссий малых газовых примесей (CO_2, CO, СН₄, NO, NO₂) и мелкодисперсных аэрозолей (PM2.5) для всей территории Российской Федерации и отдельных ее регионов в период времени с 2001 по 2019 гг. Необходимо подчеркнуть, что основную долю выбросов при сгорании биомассы от природных пожаров составляют углеродсодержащие малые газовые компоненты, такие как CO, CO₂, которые носят долгосрочный характер воздействия на климат регионального и планетарного масштаба (Бондур, 2015; Бондур, Гинзбург, 2016).

Для наглядного представления и дальнейшей интерпретации полученных результатов проводилась статистическая обработка данных. Для выявления пространственного распределения площадей, пройденных огнем, с учетом преобладающего сезона горения, была проанализирована частота горения территории за каждый месяц для периода времени с 2001 по 2019 гг.

Для проведения исследования были выбраны 4 крупных региона Российской Федерации: Европейская часть России (ЕЧР), в которою вошли Центральный, Северо-Западный, Южный, Северо-Кавказский и Приволжский федеральные округа; Уральский федеральный округ (УрФО); Сибирский федеральный округ (СФО); Дальневосточный федеральный округ (ДФО). Выбор четырех крупных регионов был обоснован тем, что, во-первых, большая часть исполнительных мероприятий, в том числе по пожаротушению, по разработке мер по снижению площадей пожаров и проведению лесовосстановления принимаются на федеральном уровне. Во-вторых, при таком делении учитываются природно-климатические особенности, в частности преобладающее влияние Атлантического океана на климатические условия ЕЧР, влияние Уральского хребта на особенности движения воздушных масс в УрФО, а также влияние арктических, тихоокеанских воздушных масс и азиатского максимума на климатические условия ДФО и СФО.

Для исследования ежегодной и сезонной динамики в целом по стране и по выделенным регионам рассчитывались нормализованные значения площадей, пройденных огнем.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

На рис. 1 представлены значения суммарных площадей, пройденных огнем на всей территории Российской Федерации в пожароопасный период (апрель–октябрь) с 2001 по 2019 гг.

Рис. 1.

Суммарные значения площадей, пройденных огнем на территории Российской Федерации в период с 2001 по 2019 гг.

Анализ результатов, представленных на рис. 1, позволил выявить годы с максимальными значениями площадей, пройденных огнем, а также общие тренды их изменений. Из рис. 1 следует, что общая площадь природных пожаров на всей территории России в 2003 г. составила 365.5 тыс. км², значения которой сильно превышают показатели других лет за исследуемый период. С экстремально высокими значениями площадей, пройденных огнем, выделяются также следующие годы: 2008 (295.2 тыс. км²), 2002 (272.4 тыс. км²), 2006 (261.2 тыс. км²), 2012 (258.4 тыс. км²).

За период с 2001 по 2013 гг. в целом по стране наблюдалась общая тенденция к уменьшению площадей природных пожаров (см. рис. 1). С 2013 по 2019 гг. наблюдается незначительное повышение площадей природных пожаров. Исключение составил 2017 г., когда было зарегистрировано минимальное количество природных пожаров (122.5 км²).

Пространственное распределение площадей природных пожаров на всей территории России в пожароопасные периоды (апрель–октябрь) с 2001 по 2019 гг. приведено на рис. 2, а. Различными цветами выделены области горения, характерные для отдельных сезонов (весна, лето и осень). Из анализа рис. 2, а следует, что максимальные значения площадей, пройденных огнем на территории России, приходятся на весенние (апрель, май) и летние (июнь–август) месяцы.

Рис. 2.

Пространственно-временная динамика площадей природных пожаров с апреля по октябрь в 2001–2019 гг.: а – пространственное распределение площадей, пройденных огнем в различные сезоны для всей территории Российской Федерации; б – графики распределений площадей природных пожаров по месяцам для всей территории России; в –площади природных пожаров в различных регионах России (ЕЧР, УрФО, СФО, ДФО).

Весной в апреле–мае в основном горят поля, луга и степи в лесостепной и степной зоне ЕЧР, УрФО и СФО. В ДФО пожары возникают преимущественно в зоне смешанных лесов на юго-востоке территории, где в настоящее время расположены сельхозугодья (см. рис. 2, а). В летние месяцы наиболее сильно выгорают таежные леса в УрФО, СФО и ДФО, в то время как в ЕЧР основные территории, подверженные воздействию огня, находятся в южной части региона преимущественно на землях сельскохозяйственного назначения (см. рис. 2, а). Осенью очаги природных пожаров выявлены в поясе активного земледелия по всем округам вдоль южных границ Российской Федерации. В лесной зоне наблюдаются фрагментарные возгорания преимущественно в таежной зоне СФО и ДФО (см. рис. 2, а) (Бондур и др., 2019б).

На рис. 2, б приведены графики распределения площадей природных пожаров по месяцам для всей территории Российской Федерации. Из рис. 2, б следует, что за анализируемый 19-летний период эти значения достигали максимумов в мае 2003 г. (133.79 тыс. км²) и 2006 г. (103.19 тыс. км²), а также в апреле 2008 г. (118.46 тыс. км²) и 2009 г. (90.68 тыс. км²). В июле максимальные значения площадей, пройденных огнем, были выявлены в 2012 г. (76.19 тыс. км²), а в августе максимум пришелся на 2002 г. (68.99 тыс. км²).

Ежегодная динамика площадей природных пожаров, полученных по данным космического мониторинга, для анализируемых крупных регионов Российской Федерации (ЕЧР, УрФО, СФО, ДФО) с 2001 по 2019 гг. представлена на рис. 2, в. Из этого рисунка следует, что наблюдается тенденция к уменьшению площадей выгоревших в результате природных пожаров территорий и, начиная с 2012 г., суммарные годовые площади не превышают 200 тыс. км². Анализ рис. 2, в показывает, что тенденция сокращения площадей пожаров прослеживается для ЕЧР и УрФО, в то время как динамика колебаний площадей, пройденных огнем территорий в СФО и ДФО носит циклический характер, то понижаясь, то увеличиваясь за 19 лет.

Для оценки вклада отдельных крупных регионов в статистику выгоревших площадей в целом по стране были проанализированы внутрисезонные колебания значений таких площадей для каждого региона по всем месяцам пожароопасного периода. На рис. 3 представлены графики распределения площадей, пройденных огнем для каждого месяца этого периода с 2001 по 2019 гг. для СФО (рис. 3, а), ДФО (рис. 3, б), ЕЧР (рис. 3, в) и УрФО (рис. 3, г). Учитывая то, что после 2010 г. для территории России в целом наблюдается тенденция к сокращению площадей пожаров (см. рис. 1), что, скорее всего, связанно с введением эффективных мер по предотвращению пожаров, то ниже проанализировано, как изменялась динамика площадей пожаров в различных регионах в периоды времени до 2010 г. и после 2010 г.

Рис. 3.

Распределение природных пожаров по месяцам в различных регионах Российской Федерации в период с 2001 по 2019 гг.: а – СФО, б – ДФО, в – ЕЧР, г – УрФО.

Наиболее наглядно эффективность принятых мер демонстрируется на примере ЕЧР (рис. 3, в). Так, среднемесячная выгораемая площадь в период с 2011 по 2019 гг. сократилась в 2 раза в апреле, мае и сентябре и в 4 раза в июле и августе по сравнению с 2001–2010 гг. В июле и октябре изменения незначительны, однако, для октября необходимо отметить тенденцию к постепенному снижению размеров выгораемых площадей с 7.38 тыс. км² в 2014 г. до 1.9 тыс. км² в 2019 г. (рис. 3, в). После 2010 г. в ЕЧР наиболее крупные площади горения регистрируются в апреле: от 7.25 тыс. км² в 2011 г. до 21.59 тыс. км² в 2019 г. с нестабильными межгодовыми флуктуациями (рис. 3, в).

В УрФО в апреле–мае и сентябре–октябре, то есть в сезон преимущественно сельскохозяйственных палов, также наблюдается снижение выгораемых площадей более чем в 2.5 раза в период с 2011 по 2019 гг. по сравнению с предыдущим десятилетием. Для июня–августа наблюдается рост площадей лесных пожаров в период времени с 2010 по 2019 гг. Так суммарная площадь выгорания в июле за 10 лет (2001–2010 гг.) составила 23.63 тыс. км². В то время, как за период с 2011 по 2019 гг. это значение выросло в 1.5 раза и превысило 37 тыс. км² (см. рис. 3, г).

Аналогичная ситуация с отрицательной динамикой для весенне-осеннего сезона и положительной динамикой роста выгоревших площадей в летний период в последнее десятилетие наблюдается в СФО (см. рис. 3, а). Наиболее высокие темпы снижения площадей выгорания для этого региона характерны для мая – более чем в 2 раза за период времени с 2011 по 2019 гг. по сравнению с периодом 2001–2010 гг. Напротив, в летние месяцы в период с 2012 по 2019 гг. зарегистрирована тенденция увеличения выгоревших площадей в СФО по сравнению с предыдущим периодом с 2001–2010 гг. (см. рис. 3, а). Так, в период времени с 2001 по 2010 гг. в июне суммарное значение площадей пожаров не превышало 5 тыс. км²/год за исключением катастрофических пожаров 2003 г. (35.64 тыс. км²) (см. рис. 3, а). За следующий период времени с 2011 по 2019 гг. только в июне 2013 г., 2015 г. и 2019 г. В этом регионе фиксировались площади пожаров менее 5 тыс. км²/год, в остальные годы эти значения были выше, а для 2011 г., 2012 г. и 2016 г. они превышали 10 тыс. км²/ год (см. рис. 3, а). За 10 лет с начала двухтысячных годов в июле в СФО суммарно выгорело 57 тыс. км², в то время как за последние 9 лет этот показатель вырос до 133.81 тыс. км². Необходимо отметить, что, если в июле месяце с 2001 по 2010 гг. наблюдалось только два года с катастрофичными пожарами – 2003 г. (15.27 тыс. км²), 2006 г. (23.55 тыс. км²), то в дальнейшем в СФО частота крупных пожаров и пощади пройденных огнем территорий увеличились и составляли – в 2012 г. (30.89 тыс.км²), в 2016 г. (27.86 тыс. км²), а в 2019 г. (28.13 тыс. км²) (см. рис. 3, а).

В ДФО в целом динамика выгоревших площадей для большинства месяцев пожароопасного периода за 19 лет мониторинга выражена слабо (см. рис. 3, б). Можно отметить снижение выгоревших площадей в сентябре–октябре, однако, в остальные месяцы величины площадей, пройденных огнем, практически одинаковы для двух периодов наблюдений 2001–2010 гг. и 2011–2019 гг. (см. рис. 3, б). В ДФО в июле зарегистрированы наибольшие значения площадей территорий, выгоревших при пожарах, по сравнению с другими регионами (СФО, ЕЧР и УрФО) (см. рис. 3). Суммарные значения этого показателя в ДФО составили 147.18 тыс. км² для периода времени с 2001 по 2010 гг. и 138.33 тыс. км² для периода времени с 2011 по 2019 гг. В эти же периоды времени значения выгоревших площадей были меньше и составили: в СФО – 57.67 и 133.81 тыс. км², в ЕЧР – 135.52 и 31.33 тыс. км², в УрФО – 23.63 и 24.05 тыс. км², соответственно.

Результаты, полученные в настоящей работе, а также результаты последних исследований, выполненных на основе данных космического мониторинга (Бондур и др., 2019а, б; Бондур и др., 2020), свидетельствуют о том, что в целом по стране наблюдается тенденция к снижению частоты природных пожаров за длительный период времени. Несмотря на то, что площади, пройденные огнем, при природных пожарах в 2019 г., превысили в 4.9 раза средние значения за период с 2001 по 2019 гг., а в 2018 г. в 1.15 раза средние значения за период с 2001 по 2018 гг., в целом наблюдается снижение числа очагов пожаров относительно среднемноголетних значений. В первую очередь, это связано с мерами, предпринятыми по предотвращению лесных пожаров после катастрофических пожаров 2010 г. на Европейской части России (Бондур, 2011; Виноградова и др., 2016). Во-вторых, это обусловлено тем, что с конца 2015 г. введен запрет на бесконтрольное выжигание сухой травы на всех категориях земель в Российской Федерации (Постановление Правительства Российской Федерации от 10 ноября 2015 г. № 1213), в то время как ранее действовавшие запреты были выборочными.

Несмотря на это, даже с учетом предпринятых мер, пожароопасные сезоны 2018–2019 гг. в Сибири и на Дальнем Востоке стали одними из самых катастрофических (Бондур и др., 2019, 2020; Воронова и др., 2020; Konovalov et al., 2018). Основными причинами возникновения лесных пожаров в 2019 г. являются неосторожное обращение с огнем и сухие грозы в условиях длительной засухи и аномально жаркой и ветреной погоды, которые наблюдались в области влияния блокирующего антициклона с положительными аномалиями геопотенциала (Прогноз…, 2019; Бондур и др., 2020).

Исследования погодно-климатических особенностей в регионах Северной Евразии выявили влияния блокирующих антициклонов, в областях, где отмечается высокая температура, способствующая возникновению интенсивных природных пожаров. Усиления блокинговой антициклонической активности в атмосфере, в частности над континентальными регионами (Бондур, 2011; Бондур и др., 2020; Ситнов и др., 2017), в сочетании с летними тенденциями иссушения во внутриконтинентальных среднеширотных регионах (Yuanhuizi He et al., 2020) способствует увеличению вероятности природных пожаров и их негативных последствий.

На рис. 4 представлены суммарные объемы эмиссий малых газовых компонент (СО₂, СО, СН₄, NO, NO₂) и мелкодисперсных аэрозолей (РМ2.5) в атмосферу от природных пожаров, происходивших на территории Российской Федерации в период времени c 2001 по 2019 г. Объемы выбросов в атмосферу зависят от массы сгоревшего органического вещества, его химического состава, условий воспламенения и распространения огня, типа и интенсивности пожара. Горение биомассы является источником многих газов, но в основном исследуют эмиссию твердых веществ и парниковых газов: CO₂, CO, CH₄, оксидов азота (NO) (Бондур, 2015; Бондур, Гинзбург, 2016; Вивчар и др., 2010).

Рис. 4.

Суммарные по годам объемы эмиссий различных примесей от природных пожаров на территории Российской Федерации в период с апреля по октябрь 2001–2019 гг.: а – СО₂, б – СО, в – СН₄, г – NO, д – NO₂, е – РМ2.5.

Анализ объемов эмиссий в воздушную среду различных компонент, определенных по космическим данным в период с 2001 по 2019 гг. на территории Российской Федерации, представленных на рис. 4, позволил выявить экстремально высокие объемы эмиссий от природных пожаров в 2003 г.: CO₂ (731 млн т), CO (39.7 млн т), СН₄ (1.68 млн т), NO (0.37 млн т), NO₂ (1.31 млн т) и PM2.5 (4.8 млн т). В 2012 г. зафиксирован второй по величине максимум объемов эмиссий от природных пожаров за период исследований, которые составили: CO₂ (490.3 млн т), CO (27.4 млн т), СН₄ (1.16 млн т), NO (0.27 млн т), NO₂ (0.89 млн т) и PM2.5 (3.3 млн т).

На рис. 5 приведены результаты оценок объемов эмиссий газовых примесей от природных пожаров в различных регионах России (СФО, ДФО, ЕЧР и УрФО) на примере выбросов СО₂ (а), CO (б), СН₄ (в), NO (г), NO₂ (д), РМ2.5 (е), рассчитанных с учетом ежегодно выгоревших площадей, выявленных по данным космического мониторинга в пожароопасные периоды (с апреля по октябрь) для интервала времени с 2001 по 2019 гг.

Рис. 5.

Объемы эмиссий от природных пожаров, произошедших в СФО, ДФО, ЕЧР и УрФО в период с апреля по октябрь 2001–2019 гг.: а – СО₂, б – СО, в – СН₄, г – NO, д – NO₂, е – РМ2.5.

Анализ результатов, представленных на рис. 5, показывает, что наибольшие вклады в эмиссии от природных пожаров дают такие соединения, как СО₂ и CO. В то же время значения объемов эмиссий СН₄, NO, NO₂, РМ2.5 сравнительно невысоки. Поэтому дальнейшие исследования проведены для оценок объемов выбросов оксида и диоксида углерода.

На рис. 6 приведены результаты оценок объемов эмиссий газовых примесей от природных пожаров в СФО (рис. 6, а), ДФО (рис. 6, б), ЕЧР (рис. 6, в) и УРФО (рис. 6, г) на примере выбросов CO и СО₂, рассчитанных с учетом ежегодно выгоревших площадей, выявленных по данным космического мониторинга за период времени с 2001 по 2019 гг. Так как распределения объемов эмиссий СО и СО₂ за рассматриваемый период близки, то дополнительно была введена ось значений для отображения объемов эмиссий СО₂ на диаграммах размаха CO.

Рис. 6.

Распределение годовых эмиссий СО и СО₂ с обозначением квартилей в пожароопасный период с 2001 по 2019 гг. для отдельных регионов Российской Федерации: а – СФО; б – ДФО; с – ЕЧР; г – УрФО.

Из анализа результатов, представленных на рис. 6, а, следует, что пожары на территории СФО вносят значительный вклад в эмиссии CO и СО₂. Максимальные среднегодовые объемы эмиссий вредных загрязняющих веществ в атмосферу этого региона России характерны для мая и июля, с пиковыми значениями в мае 2003 г. (СО – 11.2 млн т, СО₂ – 188 млн т), в июле 2012 г. (СО – 8.1 млн т и СО₂ – 116.8 млн т) и 2019 г. (СО – 5.9 млн т, СО₂ – 89.2 млн т). Эмиссии оксида и диоксида углерода в летние месяцы характеризуются значительными межгодовыми колебаниями с преобладанием более высоких значений в целом за 19 лет. В сентябре–октябре распределение по годам объемов эмиссий симметрично и составляет для СО в среднем 0.18–0.23 млн т/год, с отдельными выбросами, как, например, в сентябре 2016 г., когда объемы эмиссий СО₂ превышали 55 млн т и СО – 3.5 млн т.

На рис. 6, б приведены объемы эмиссий СО и СО₂ от природных пожаров в ДФО. Из анализа этого рисунка следует, что максимальные значения объемов эмиссий в этом регионе были зафиксированы в июле 2003 г. Разброс значений объемов эмиссий СО и СО₂ от природных пожаров в ДФО в июле с 2001 по 2019 гг. колебался от 0.2 до 3.6 млн т и от 3.2 до 77. 4 млн т соответственно, медианное значение составило 1.2 млн т СО и 35 млн т СО₂. Распределение и величины объемов эмиссий СО в апреле в СФО и ДФО близки (медиана порядка 1 млн т), однако, в мае в ДФО наблюдалось снижение объемов эмиссий СО (медиана 0.4 млн т), в то время как в СФО был зафиксирован устойчивый рост объемов эмиссий СО (медиана 1.7 млн т) за весь 19-летний период наблюдений (см. рис. 6, а и 6, б). Аналогичная закономерность наблюдается и для распределения объемов эмиссий СО₂ в СФО и ДФО в апреле и мае с 2001 по 2019 гг. (см. рис. 6, а и 6, б).

В ЕЧР (см. рис. 6, в) и в УрФО (см. рис. 6, г) медианные значения среднегодовых объемов СО за анализируемый период не превышают 0.5 млн т для большинства месяцев за исключением апреля в ЕЧР. Максимальные выбросы среднегодовых объемов СО регистрировались в апреле–мае, однако, следует отметить, что все они были получены до 2010 г.

На основании анализа ежегодных среднемесячных оценок объемов эмиссий углеродосодержащих примесей, полученных с использованием данных космического мониторинга, был исследован вклад каждого региона с оценкой изменений за 19 лет. На рис. 7 представлен вклад регионов СФО, ДФО, ЕЧР и УрФО в объемы эмиссий СО и СО_{2 ,} обусловленные природными пожарами, в период с 2001 по 2019 гг. Из анализа рис. 7 следует, что в апреле с 2001 по 2010 гг. вклад ЕЧР в эмиссии СО и СО₂ был максимальным. Объемы выбросов достигали в отдельные годы 60–80% от суммарных объемов эмиссий для всей территории Российской Федерации. Начиная, с 2012 г. и до 2017 г. наблюдается близкое распределение объемов эмиссий СО и СО₂ в пределах 20–40% между ЕЧР, СФО и ДФО. В последние два года наблюдался прирост значений объемов эмиссий СО и СО₂ в ЕЧР, который достигал 60% от общероссийских.

Рис. 7.

Распределение вклада регионов СФО, ДФО, ЕЧР и УрФО в эмиссии СО (а) и СО₂ (б), обусловленные природными пожарами, в период с 2001 по 2019 гг.

В мае максимальный вклад в эмиссии СО и СО₂ с 2001–2017 гг. обеспечивал СФО – от 40 до 80% от общероссийских объемов, однако, начиная с 2012 г. наблюдается постепенная тенденция к усилению роста влияния ДФО с четко выраженной 1–2-летней цикличностью высоких и низких значений объемов эмиссий (см. рис. 7).

В ЕЧР и УрФО суммарный вклад в эмиссии СО и СО₂ в июне не превышал 20%, в то время как СФО и ДФО вносили циклично до 60–80% объемов эмиссий СО и СО₂. Следует отметить, что это единственный месяц, когда максимальные ежегодные объемы выбросов в СФО соответствовали минимальным в ДФО, и наоборот, то есть фактически находились в противофазе (см. рис. 7). В период с 2001 по 2010 гг. вклад ЕЧР в эмиссии СО и СО₂ в июле достигал 40%, снизившись в 2011–2019 гг. с 10% практически до 0. Вклад УрФО в эмиссии СО и СО₂ в июле составил от 2 до 26%. Максимальные значения были зарегистрированы в 2005 г. (17%), 2007 г. (16%), 2013 г. (26%) и 2017 г. (22%). Максимальный вклад ДФО в 2008 г. составил более 70%. Каждые 3–4 года в июле максимальные ежегодные объемы выбросов в СФО достигали 80% от объемов эмиссий СО и СО₂ в целом по стране (см. рис. 7).

В августе до 2010 г. вклад ЕЧР в эмиссии СО и СО₂ был превалирующим и в отдельные годы превышал 80% (2004 г., 2008 г.) от общероссийских. В УрФО в августе в целом сохранялась тенденция межгодовых колебаний значений вклада СО и СО₂, характерная для июля, с небольшим повышением. Роль СФО и ДФО начиная с 2008 г. постоянно росла и достигала 80% (в 2015 г.) для СФО и 50% (в 2011 г. и 2014 г.) для ДФО. Интересно отметить, что в отличие от июня и июля рост объемов эмиссий СО и СО₂ происходил фактически синхронно (см. рис. 7).

В сентябре ЕЧР и СФО вносили наибольший вклад в эмиссии СО и СО₂ от природных пожаров на протяжении всего периода наблюдений с 2001 по 2019 гг. Графики динамики объемов эмиссий СО и СО₂ для этих регионов имеют асинхронный характер, то есть в те годы, когда наблюдались пиковые значения объемов эмиссий для ЕЧР, для СФО были характерны минимумы таких объемов (рис. 7).

В октябре, начиная с 2010 г., вклад УрФО в эмиссии СО и СО₂ уменьшается. Динамика объемов эмиссий СФО и ЕЧР носит ровный характер с небольшими колебаниями, при которых максимальный вклад регионов в общую ситуацию не превышал 50%, а минимальный редко опускался ниже 20%. В то время как вклад ДФО в эмиссии СО и СО₂ в октябре превышал 60% в 2001, 2002, 2006 и 2016 гг. (см. рис. 7).

Таким образом, проведенный анализ на основе данных космического мониторинга позволил выявить ряд закономерностей пространственно-временной динамики изменения площадей, пройденных огнем на территории РФ с 2001 по 2019 гг., а также оценить вклад крупных регионов РФ в эмиссии основных малых газовых компонент (в том числе углеродосодержащих газов) и мелкодисперсных аэрозолей от природных пожаров за 19-летний период времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что в период с 2001 по 2019 гг. на территории Российской Федерации наблюдается общая тенденция к снижению площадей природных пожаров даже с учетом катастрофических пожаров 2019 г. в Сибири и Дальнем Востоке. Основной вклад в сокращение площадей территорий, выгоревших при пожарах, внесли ЕЧР и УрФО, преимущественно в результате принятых после 2010 г. административно-правовых мер.

С использованием результатов анализа космических данных показано, что динамика колебаний площадей территорий, пройденных огнем, в СФО и ДФО носит циклический характер, то понижаясь, то возрастая в период с 2001–2019 гг., что предопределяется, скорее всего, влиянием природных факторов, таких как блокирующие антициклоны, аномалии осадков, температуры и ветрового режима. В весенне-осенний период в поясе активного земледелия во всех регионах страны отчетливо наблюдалась тенденция к снижению выгоревших площадей в апреле, мае, сентябре и октябре, начиная с 2010 г. С июня по август, когда преобладают лесные пожары, характерны цикличные колебания (однолетние для июля, двух/трехлетние для июня и августа) за период с 2001 по 2019 гг. с максимумами в 2002, 2003 и 2012 гг. и без ярко выраженных минимумов.

Оценка объемов эмиссий различных малых газовых примесей и мелкодисперсных аэрозолей от природных пожаров на всей территории Российской Федерации позволила выявить экстремально высокие значения в 2003 г.: CO₂ (731 млн т), CO (39.7 млн т), СН₄ (1.68 млн т), NO (0.37 млн т), NO₂ (1.31 млн т) и PM2.5 (4.8 млн т). В 2012 г. зафиксирован второй максимум за период исследований, объемы эмиссий от природных пожаров составили: CO₂ (490.3 млн т), CO (27.4 млн т), СН₄ (1.16 млн т), NO (0.27 млн т), NO₂ (0.89 млн т) и PM2.5 (3.3 млн т).

На основании результатов космического мониторинга установлено, что ЕЧР вносит значительный вклад в эмиссии оксидов углерода в апреле и сентябре–октябре на протяжении всего периода наблюдений. Хотя, начиная с 2010 г., в ЕЧР прослеживается устойчивая тенденция к снижению объемов эмиссий в пожароопасный период, в последние три года наблюдается рост значений объемов эмиссий в весенне-осенний период, как, например, в сентябре 2017 г. объем выбросов в регионе достигал 80% от общероссийских. Выявлен асинхронный характер динамики объемов эмиссий СО и СО₂ в СФО и ЕЧР, то есть в те годы, когда наблюдались пиковые значения для ЕЧР, для СФО были характерны минимумы. Максимальные вклады в эмиссии СО и СО₂ на территории Российской Федерации вносят СФО и ДФО, преимущественно от лесных пожаров, происходивших в период с мая по август. Для этих регионов характерны межгодовые колебания максимальных и минимальных значений. В июне СФО и ДФО вносят до 60–80% суммарных по стране объемов эмиссий СО и СО₂ от пожаров, то есть максимальные ежегодные объемы выбросов в СФО соответствуют минимальным в ДФО, и наоборот. Начиная с 2012 г., в июле вклад СФО становился доминирующим и достигал практически 80% общероссийских каждые 3–4 года. Для августа до 2010 г. вклад ЕЧР в объемы эмиссий СО и СО₂ был превалирующим и превышал 80% от общероссийских в 2004 г. и 2008 г. С 2008 г. выявлен постоянный рост влияния сибирского и дальневосточного регионов в общероссийские эмиссии СО и СО₂ от пожаров, который достигал 80% в 2015 г. для СФО и 50% в 2011 и 2014 гг. для ДФО. При этом в отличие от июня и июля рост объемов эмиссий СО и СО₂ происходил фактически синхронно.

Установлено, что УрФО со сравнительно небольшими ежегодными площадями выгоревших территорий вносит незначительный вклад в общероссийские эмиссии СО и СО₂ от природных пожаров. Однако, следует отметить, что, начиная, с 2010 г. в июле–августе прослеживалась тенденция с превышением вклада региона на 20% в отдельные годы, в отличие от периода до 2010 г., когда вклад этого региона в среднем не превышал 5%.

Таким образом, на основании анализа результатов космического мониторинга были установлены закономерности пространственного и сезонного распределения площадей природных пожаров на региональном и общероссийском уровне. Несмотря на общую тенденцию к снижению площадей, выгоравших при природных пожарах, на всей территории России за период времени (с 2001 по 2019 гг.), региональный анализ показывает, что в Сибирском и Дальневосточном регионах площади пожаров в летний сезон циклично возрастали или снижались в разные года за рассматриваемый период времени, демонстрируя тенденцию к увеличению частоты возникновения сильных пожаров.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности использования данных космического мониторинга для количественной оценки пространственно-временной динамики площадей, пройденных огнем, а также объемов эмиссий малых газовых компонент (прежде всего оксидов углерода) и мелкодисперсных аэрозолей от природных пожаров как на всей территории Российской Федерации, так и на территориях ее крупных регионов.