חומרת שריפות יער: שיטות, ספים ומפות

שריפות גדולות הפכו ממקרים בודדים למקרים של איום חוזר ונשנה עם השפעות אקולוגיות וחברתיות גלוי יותר ויותר. בהקשר זה, ידיעת חומרת השריפה וכימותה כבר אינם רק עניין טכני: זהו מפתח לתעדוף שיקום, תכנון מניעת שריפות יער ולהבין כמה וכיצד הנוף משתנה לאחר שהלהבות חולפות.

הערכת אזורים שנשרפו וחומרת הנזק מסתמכת יותר ויותר על חישה מרחוק, עם חיישנים כמו Sentinel-2 או Landsat, המאפשרים ללכוד אירועים לפני ואחרי בדיוק יוצא דופן. הודות למדדים ספקטרליים כמו NBR והפרש הזמני שלו (dNBR), ניתן סמן את הצלקות, דרג את עוצמת הנזק ונטר את ההחלמה, הימנעות מהטיה בעת יישום חלונות זמן מתאימים והסתרת עננים וארטיפקטים.

למה אנו מתכוונים בחומרת השריפה?

מודדי חומרה מידת השינוי המבני והתפקודי שאש גורמת במערכת האקולוגית: מצמחייה עילית ועד לאדמה, לבנק הזרעים ולהידרולוגיה המקומית. זה לא מוגבל להיקף מה שנשרף; זה גם מתאר כיצד החיים והתמיכה הפיזית המקיימת אותם השתנו.

ספרות עדכנית מראה שחומרת המחלה משפיעה ישירות על זמן ה... התאוששות היערותככל שהחומרה גדולה יותר, כך החזרה למצב הקודם איטית וקשה יותרבשריפות עזות מאוד, לא רק חופות ושיחים נשרפים; גם זרעים, נבטים וחלק ניכר מהשכבה האורגנית של האדמה עלולים להיהרס, מה שמסבך את ההתחדשות הטבעית.

ניתוח עולמי גדול של 3.281 שריפות בין השנים 2001 ו-2021 מציין כי תדירות השריפות בקנה מידה גדול וחומרתן עלו, כאשר 2010 הייתה השנה המשמעותית ביותר נקודת מפנה הקשורה ל- מתחמם, בצורות וקיצוניותהאזורים החשופים ביותר כוללים את מערב צפון אמריקה, דרום מזרח אוסטרליה, צפון דרום אמריקה, דרום אסיה ומרכז-מזרח צפון סיביר, שם ההשפעות על מבנה היערות בולטות במיוחד.

בממוצע, יער יכול לקחת כארבע שנים כדי לשקם את צפיפות הצמחייה שלו לאחר שריפה, אם כי הרגישים ביותר זקוקים למספר חודשים נוספים, וישנם מקרים שבהם ההתאוששות עומדת על שמריה ודועכתלכן, מומלץ לנקוט צעדים עבור שיקום אקולוגי וייעור מחדש המאיצים את החוסן ומשמרים את תפקודם האקלימי של יערות.

חישה מרחוק למיפוי אזורי כוויות וחומרתן

ללווייני Sentinel-2 ולנדסאט יש גישה דמוקרטית לתמונות רב-ספקטרליות איכותיות. השילוב של תחומי אינפרא אדום קרוב (NIR) ואינפרא אדום קצר גל (SWIR) מאפשר זיהוי של שינויים מבניים וצמחייה חיים לאחר שריפה, בהסתמך על חתימה ספקטרלית של צמחייה בריאה, אשר משתקף חזק ב-NIR ויורד לכיוון SWIR, ובצמחייה פגועה, אשר מראה את הדפוס ההפוך.

יחס הצריבה המנורמל (NBR) מחושב כ-(NIR − SWIR) / (NIR + SWIR). סנטינל-2 משתמש בדרך כלל בפס 8A עבור NIR ובפס 12 עבור SWIR; לנדסאט 8 משתמש בדרך כלל בפס B5 (NIR) ובפס B7 (SWIR2). נורמליזציה זו מדגישה את המעבר מאזורים בריאים (ערכים חיוביים יותר) לאזורים שנכוו או נפגעו קשות (ערכים שליליים או מופחתים). NBR עצמו כבר מסייע בזיהוי צלקותעם זאת, הפוטנציאל האמיתי שלה מתגלה כאשר משווים שני תאריכים.

ה-dNBR מתקבל על ידי חיסור ה-NBR לאחר השריפה מה-NBR שלפני השריפה (dNBR = NBRpre − NBRpos). בכך, אנו מגבילים תוצאות חיוביות שגויות על משטחים ללא צמחייה עם ערכי NBR נמוכים (כבישים, קרקעות חשופות) ואנו מדגישים שינויים אמיתיים עקב שריפה. בפועל, dNBR נע בדרך כלל בין 0,5- ל-1,3+ בקירוב, כאשר ערכים חיוביים גבוהים מצביעים על חומרה רבה יותר וערכים שליליים מאוד משקפים התחדשות נמרצת.

קומפוזיציות RGB מבוססות NIR ו-SWIR הן עזר ויזואלי משלים. לדוגמה: 8‑4‑3 (Sentinel‑2) מדגיש צמחייה באדום; 4‑3‑2 (טבעי) מאפשר קריאה אינטואיטיבית; 12‑8A‑4 מדגיש השפעות תרמיות ולחות שיוריתניתן אפילו להבחין בין חזיתות פעילות ו ענני עשן משחק עם SWIR. אלו הן גישות אשר, יחד עם מדדים כגון NBR או חלופות כגון BAIS2, משלימות את האבחון.

זרימת עבודה ב-QGIS עם Sentinel‑2

כדי להעריך אזורי כוויות וחומרתן, רצף טיפוסי ב-QGIS כולל הכנת נתונים, תיקון אטמוספרי, מיסוך עננים, חישוב NBR/dNBR, ו... סיווג חומרה לקטגוריות, עם סטטיסטיקות ומפות סופיות. תרשים זרימה מאוחד המבוסס על נהלי USGS ו-UCG מובא להלן.

1) הכנת תמונה וטעינה

בחרו שני תאריכים: אחד לפני השריפה ואחד אחרי. עבור Sentinel-2 רמה 1C, עבדו עם רצועות 2, 3, 4, 8, 8A ו-12. ניתן לפתוח את הרצועות מלוח הדפדפן או משכבה ← הוספת שכבה ← הוספת שכבת רסטר, תוך ניווט לספריית המוצר: מוצר ← גרגירים ← L1C… ← IMG_DATAבמחקרים מהחיים האמיתיים, משתמשים בסצנות קרובות לאירוע (למשל, יולי לעומת אוקטובר באותו משבצת) כדי להפחית שינויים שאינם קשורים.

התדרים שנבחרו (במיוחד 8A ו-12) הם אלו שתומכים ב-NBR. כמו כן, טעינת 2, 3, 4 ו-8 מאפשרת לך לבנות שילובי תצוגה המסייעים לפרש את התנהגות האש בין רצועות כעת עדיף לאתר את אזור העניין לפני חישוב המדדים.

2) תיקוני תנאי שימוש ועיבוד מקדים

לפני האינדוקס, יש להחיל את תיקון ה-TOA בתוסף הסיווג החצי-אוטומטי (SCP). ב-SCP → Preprocess → Sentinel-2, יש לבחור את תיקיית הלהקה ואת קובץ המטא-דאטה MTD_MSIL1C, ולבחור את אפשרות תיקון האטמוספרי. DOS1 ושמור את הערך NoData עבור המסגרות השחורות. הסירו את הפסים שלא תשתמשו בהם מהרשימה (שמרו את 2, 3, 4, 8, 8A ו-12) והפעילו את התהליך.

ההתקדמות מוצגת בסרגל של QGIS, וכאשר תסיימו, תראו את השכבות החדשות עם קידומת ניתנת לזיהוי (למשל, "RT"). חזרו על אותו הליך. מעובד מראש לתאריך שלאחר השריפה כך ששתי הסצנות הומוגניות וניתנות להשוואה.

3) הסתרת עננים

לעננים ברמה 1C יש מסיכת וקטור ב-QI_DATA → MSK_CLOUDS_B00.gml. טען אותה, שמור אותה כקובץ צורה, והגדר את ה-CRS בו אתה משתמש (למשל, EPSG:32717 בחלק מהפרויקטים). בטבלת המאפיינים שלה, הפעל עריכה וצור שדה מספר שלם (למשל, "value") על ידי הקצאה המספר 1 לכל הגיאומטריותשמור וסגור את המהדורה.

חזרו על התהליך לדייט השני, ואם יש צורך, חבר את שני קבצי הצורה על שכבת עננים אחת (למשל, "Total_Clouds.shp"). שימו לב שהמסכה הכלולה ב-L1C שימושית, אך אינה מושלמת: עננים דקים או צללים עשויים להימלט, לכן מומלץ לבדוק אותה ויזואלית.

4) צירופי רצועות לקריאה ראשונה

לפני חישוב המדדים, יש ליצור קומפוזיציות צבע כדי לחקור צלקות ואלמנטים רלוונטיים. 8-4-3 מדגיש צמחייה חיה באדום וקרקעות בחום; 4-3-2 מציע ראייה טבעית אינטואיטיבית; ו-12-8A-4 מסייע להדגיש לחות וחום שיורי. באזורים עירוניים, תראו גוונים ציאנים בהירים, כוויות חדשות יכולות לנטות לכיוון חומים כהים, ועצי מחט נראים לעתים קרובות כהים יותר מעצים קשים.

חישוב NBR ו-dNBR

לאחר תיקון הסצנות, חשב את ה-NBR עבור כל תאריך. עבור Sentinel-2: NBR = (B8A − B12) / (B8A + B12). עבור Landsat 8: NBR = (B5 − B7) / (B5 + B7). מדד זה נע בין -1 ל-1 ולוכד את הניגוד בין צמחייה חיה (NIR גבוה, SWIR נמוך) לבין צמחייה פגומה או קרקעות שרופות (NIR נמוך, SWIR גבוה).

לאחר שקיבלתם את ערכי ה-NBR שלפני ואחרי ה-NBR, חשבו את ה-dNBR כ-NBRpre − NBRpos. בפועל, ה-dNBR יכול לנוע בין −0,5 ל-+1,3 בקירוב: ככל שהערך גדול וחיובי יותר, כך החומרה גדולה יותר; ערכים קרובים לאפס מצביעים בדרך כלל על יציבות/אי-שריפה; ערכים שליליים מאוד מצביעים על... צמיחה מחודשת נמרצת לאחר שריפהמקובל להכפיל ב-1.000 כדי להקל על הקריאה והסיווג לפי טווחים בדידים.

כדי להמחיש את ה-NBR (וגם את ה-dNBR), הגדירו פלטת צבעים מתאימה. כלים כמו ColorBrewer יכולים להדריך אתכם בבחירת רמפות מסודרות תפיסתית עם ניגודיות מספקת. במיפוי הסופי, מומלץ לכלול אגדות קריאות וכותרת תיאוריתלדוגמה, חלק מתרגילי ההוראה מציעים כותרת בת שתי שורות: "חומרת השריפה" ו"קאלמוס, יוון".

ספי חומרה וסיווג מחדש

ישנן סכמות סיווג נפוצות. אחת, עם קנה מידה של dNBR ב-×1000, מפרידה בין הקטגוריות באופן הבא: צמיחה מחודשת נמרצת (-500 עד -251), צמיחה מחודשת בינונית (-250 עד -101), צמיחה לא שרופה (-100 עד 99), חומרה נמוכה (100 עד 269), נמוכה-בינונית (270 עד 439), בינונית-גבוהה (440 עד 659) וחומרה גבוהה (660 עד 1300). טווחים אלה מאפשרים מיפוי עוצמת הנזק המרחבית. עם מקרא מובנה.

ערך ייחוס נוסף הנמצא בשימוש נרחב (USGS) בערכים לא מדורגים מציין: פחות מ-0,25- (צמיחה גבוהה לאחר שריפה), בין 0,25- ל-0,1- (צמיחה נמוכה לאחר שריפה), בין 0,1- ל-0,1 (יציב/לא נשרף), 0,1 עד 0,27 (חומרה נמוכה), 0,27 עד 0,44 (נמוכה-בינונית), 0,44 עד 0,66 (בינונית-גבוהה), וגדול מ-0,66 (גבוהה). בעת סיווג מחדש, בחר את התוכנית התואמת את קנה המידה שלך (גולמי או ×1000) ומתעד את הבחירה היטב.

ב-QGIS, ניתן לבנות מטריצת סיווג מחדש שמתרגמת ערכי dNBR לקודי מחלקה, מסמלת אותם באמצעות רמפת צבע ויוצרת את המקרא. הצבת המקרא בצד ימין של המפה היא נוהג נפוץ עבור אופטימיזציה של הקריאה בחיבור הסופיבמידת הצורך, ייצא את התוצאה כרסטר לשימוש נוסף.

ניתוח סטטיסטי ומוצרים נגזרים

מעבר למפה, מעניין לדעת את התפלגות האזורים לפי קטגוריית חומרה. ניתן לחשב היסטוגרמות או טבלאות עם מספר הפיקסלים לכל קטגוריה ואחוזם מהסך הכל. הוסף תוויות עם ספירות ואחוזים מקל על התקשורת עם מנהלים ומתכננים.

בזרימות עבודה מתקדמות, מקובל לבנות rasterStack או rasterBrick עם רצועות מפתח ושמות מוגדרים היטב, כך שחישוב האינדקסים, הקליפים והמסכות יהיה ניתן לשחזור. אם אתם עובדים עם Landsat, זכרו להמיר DN (ערכים דיגיטליים) להחזרה שימוש בגורמי כיול רשמיים (OLI/TIRS) כדי להבטיח השוואה בין סצנות.

תיחום אזור המחקר הוא נוהג טוב נוסף: צור AOI (היקף מותאם לאש) וגזור את הרסטרים. זה מפחית רעש מחוץ לאזור הרלוונטי ומאיץ את הרינדור. השווה שילובי להקות בין תאריכים מסייע בזיהוי ענני עשן או נקודות חמות באירוע ומשפר את האימות החזותי של dNBR.

מגבלות, טעויות נפוצות ושיטות עבודה מומלצות

ניתוח חומרה הוא, במהותו, תרגיל של גילוי שינויים. לכן, שינויים שאינם קשורים לשריפות (כריתת יערות, פינוי אדמות, שינויים פנולוגיים או לחות) עלולים להתבלבל עם נזקי אש, במיוחד בדרגות חומרה נמוכות. חלון זמן שנבחר בצורה גרועה (ארוך מדי) מגביר את הסבירות לבלבול תהליכים.

כדי למזער שגיאות, השתמשו בתאריכים הקרובים ביותר לאירוע, בדקו את מסיכת הענן והצל, והשתמשו בבקרות RGB מורכבות. זכרו שמסיכת הענן Sentinel‑2 L1C שימושית אך אינה מושלמת: עשוי לאפשר לענני צירוס או צללים מורכבים לעבור דרכםבדיקה ויזואלית ותמיכה עם שכבות עזר (למשל, שיפועים או שימושי קרקע) משפרות את עמידות התוצאה.

דרגות חומרה נמוכות דורשות זהירות מיוחדת: שינויים קטנים בלחות או בפנולוגיה יכולים לגרום לשינויים עדינים ב-NIR/SWIR המובילים ל-dNBR נמוך באופן כוזב. באזורים גדולים עם פסיפסים זמניים, עקביות רדיומטרית והומוגניות בעיבוד המקדים (אותו תיקון, אותה היטל, אותם פסים) הם המפתח להשוואה כנה.

יישומים מעשיים: מחצי האי האיברי לשאר העולם

בקהילת ולנסיה, שבה האקלים הים תיכוני, שטחי השלג ורציפות היערות מגבירים את הסיכון, כימות שטח השריפה וחומרתה נחשבת לעדיפות. מקרים כמו בצ'יס (קסטלון, 2022) או שריפת לוצ'נטה (ולנסיה, 2018) הניעו את השימוש ב-Sentinel-2 עם מתודולוגיות סטנדרטיות (USGS ו-UCG) כדי... צלקות לתחום ולגרד נזקים בדיוק.

פותחו יישומים אשר הופכים את החישובים הללו לאוטומטיים, תוך מעקב נאמנה אחר נוהל USGS או מתודולוגיית UCG, כך שטכנאים, מנהלים ואזרחים יוכלו לקבל מפות חומרה וסטטיסטיקות דומות. כלים אלה מאגדים יחד נתוני טרום ואחרי אש, ענני מסכה, חישוב NBR/dNBR, לסווג מחדש לפי טווחים וליצור פלטים קרטוגרפיים מוכנים להפצה.

ברחבי העולם, מגמות מצביעות על עלייה של 14% בשכיחות שריפות בקנה מידה גדול בטווח הקצר, ופוטנציאלית של עד 50% עד סוף המאה. נתונים אלה, בשילוב עם התצפית ש... ההחלמה מואטת ככל שחומרת המחלה גוברת, מחזקים את הצורך בניטור שיטתי ובמדיניות שיקום ומניעה אקטיבית. עלייה בשכיחות זהו סימן אזהרה למנהלים.

ספקטרליות, אינדקסים והדמיה: חלקים שמתאימים יחד

המפתח ל-NBR טמון בתגובה הספקטרלית. צמחייה חיה: NIR גבוה, SWIR נמוך; צמחייה שרופה או מדוכאת: NIR יורד ו-SWIR עולה. ניגודיות זו יוצרת את האות. חלופות כמו BAIS2 (מוצע במיוחד עבור Sentinel-2) יכולות להשלים או לאמת את האבחנה, במיוחד אם נבחן את הקריטריונים. עמידות על רקע בהיר או תנאים רדיומטריים משתנים.

קומפוזיציות RGB קלאסיות עם NIR ו-SWIR, כפי שהן משמשות במקרים מפורסמים בעולם (למשל, שריפות באזור אמור), פועלות היטב ככלי בדיקה: הן עוזרות לאתר חזיתות פעילות, נוצות וצלקות עוד לפני מסחר במדדים. אבל זכרו: לדירוג חומרה עקבי, ה-dNBR ההשוואתי נותר תקן הזהב.

סמלוגיה ומקרא חשובים. שימוש ברמפות עם התקדמות לוגית (מירוק/אפור עבור גוונים שלא נשרפו ועד לאדום עז עבור גוונים בעלי חומרה גבוהה, לדוגמה) מקל על המשתמש הסופי להבין את המפה במבט חטוף. הוסיפו כותרות תמציתיות, קנה מידה והפניות; ו ייצוא רסטר החומרה כאשר אתם זקוקים לניתוח לאחר מכן או לשילוב במציגי אתרים.

טיפים להפעלה איכותית

לפני חישוב אינדקסים, יש לוודא ששני התאריכים חולקים את אותה מערכת ייחוס, רזולוציה והיקף. השתמשו בחיתוך AOI כדי להימנע מתופעות קצה ולנרמל את מינוח השכבות ל אל תלכו לאיבוד בין גרסאות שלפני ואחריתעד את הזרימה שלך: איזה תיקון אטמוספרי יישמת, אילו ספים השתמשת, ואיזו מסיכת עננים יצרת.

אם אתם עובדים עם Landsat, תמיד המירו מ-DN להחזרה באמצעות קבועי המכפלה הרשמיים; אם אתם עובדים עם Sentinel-2 L1C, עיבוד מקדים עם SCP ותיקון DOS1 הוא נקודת התחלה מורחבת ויעילה להפרדה. הפרעות אטמוספריות של החזרת פני השטחואם אפשר, בדקו מספר חלונות זמן לאחר השריפה (מיד, שבועות לאחר מכן) כדי להבין טוב יותר את הדינמיקה של האפר וההתחדשות הראשונית.

למטרות דיווח, אנא כללו טבלת סטטיסטיקה (שטח לפי מחלקה ואחוז) והערה מתודולוגית קצרה המסבירה את ה-dNBR שנבחר, את מערך התדרים וכיצד להסוות עננים. זה מייעל את ביקורת העמיתים, מקל על קבלת החלטות על ידי מנהלים ומפחית אי הבנות לגבי פרשנות צבעים ומחלקות.

סיכונים, התאוששות וניהול

הקשר בין חומרה להחלמה הוא הדוק. בעוד שדרגות חומרה נמוכות יכולות לאפשר צמיחה מחודשת מהירה, דרגות חומרה גבוהות כרוכות לעיתים קרובות באובדן זרעים ואופקים אורגניים, אשר... ליער לוקח יותר זמן לחזור למצבים קודמים או עשויים להישאר מעוגנים במסלולי שיחים או אדמת עשב. באזורים בוריאליים, הנטייה להתאוששות איטית בולטת יותר בשל תנאיהם הפנימיים.

עם תרחישים של שריפות חמורות גוברות, שיקום אקולוגי (החל משמירה על קרקע ועד ייעור מחדש בסיוע) יהיה הכרחי יותר ויותר, כמו גם שימוש במוצרים תפעוליים המבוססים על Sentinel-2 ו-Landsat המציעים... אינדיקטורים ברי השוואה בזמן ובמרחבבדרך זו, מתעדפים תחומים קריטיים, מנוטרים תוצאות וניתן משוב על פעולות מניעה.

עבור מנהלי חירום, שתי מתודולוגיות מבוססות (USGS ו-UCG) מספקות ביטחון. הראשונה היא סטנדרטית בשימוש ב-dNBR; השנייה מיושמת במספר מקרי בוחן בספרד עם הנחיות ספציפיות. תיחום והערכת חומרה באמצעות Sentinel-2. שניהם מתכנסים סביב הדברים החשובים: בחירה זמנית טובה מראש, תיקון הולם, עננים מוסווים היטב וסיווג שקוף.

מדידת חומרת שריפות יער באמצעות NBR ו-dNBR, הנתמכת על ידי זרימות ניתנות לשחזור ב-QGIS וסיווגים ברורים, מאפשרת לתרגם את השפעת השריפה לנתונים ולמפות המנחות את... התאוששות, תכנון ותקשורת ציבוריתבעזרת חלון זמן רלוונטי, מסכות ענן שנבחרו בקפידה וספים עקביים, ההערכה צוברת אמינות והופכת לכלי מעשי לניהול קרקעות.