Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

ГИС и ДЗЗ в Охране Природы, РПП и смежных науках (экологии, биологии и лесном деле)
Ответить
Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 12 июн 2018, 22:04

Я задалась таким вопросом после того, как в отчете Гринпис о работе на Бурятских торфяных пожарах за апрель 2018 года увидела, что температура очага всего на длину щупа (т.е 2-. около3 метров от поверхности поправили: глубина очагов была 1 м, редко до 1.5 м) достигает 330-400 градусов Цельсия. Вот картинка, полученная из одного такого перезимовавшего очага около г. Селенгинск (с координатами 52.0113, 106.89049) при помощи тепловизора на 2 апреля 2018:


Изображение

Возникла мысль, что такой сильный нагрев зимующих очагов торфяных пожаров должен как-то отражаться и на температуре поверхности. При этом разница может быть сильнее в холодные месяцы.
Я построила карту температуры поверхности по термальным каналам Landsat-8 за 17 января 2018 (LC08_L1TP_132024_20180117_20180205_01_T1), emissivity поверхности учитывалось на основе NDVI. Карта, построенная с атмосферной коррекцией и без нее, не отличались существенно. Поэтому перешла на вариант без атмосферной коррекции.
Выбрано 17 января – поскольку в этот день зимующий очаг торфяного пожара около Селенгинска должен был точно еще гореть.
С самого начала была идея найти температурные экстремумы. То есть пиксели с температурой резко выше, чем соседние.

Я плохо представляю себе характер природного явления «развитие торфяного пожара под снегом», не могу судить, является ли он площадным или русловым или точечным? :roll: Поэтому действовала наугад.
И вот карта температуры, построенная вокруг точки зимующего очага около Селенгинска:

Изображение


Как видно, сверхвысоких температур нигде на поверхности не наблюдается. Однако есть разница в нагреве поверхности от -28.6 до -24.4. На карте контуром я постаралась вырезать только торфяник. Каждый может посмотреть на точку перезимовавшего очага (52.01125, 106.890486) по google maps:

https://www.google.com.br/maps/place/52 ... 106.890486

По идее, температура поверхности на торфянике должна быть одинаковой. Но мы видим, что зимующий очаг расположен на границе контраста температур. В чем причина? Может ли быть так, что вся территория о него слева – это всё горящий под снегом торф? Это могут сказать люди, знающие специфику того пожара. Данных недостаточно для анализа, только для предварительных гипотез.

2. И тогда я сдвинулась на запад и вырезала кусок карты торфяника по Кабанской системе осушенных болот, той самой, которая горит не переставая с 2016 года. Я не знаю, были ли и там зимующие очаги на январь 2018.
Как карте штриховкой показаны контуры торфяника, которые были зафиксированы выгоревшим на 04 мая 2018 года (эти выделы взяты с карты торфяников Гринпис, где они обозначены как Полевые данные - Кабанская ООС - Выгоревшее на 04.05). Территорию и снимок можно увидеть по ссылке:
http://peatfires.nextgis.com/resource/5 ... C172%2C157

Но вырезала я пошире, чтобы охватить то, что я считаю по снимку торфяником.
Получилась вот такая карта температуры поверхности на те же 17 января 2018 г:
Общая (с единой для всех вырезок легендой температуры):

Изображение



Вырезки для увеличения масштаба:

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение




И вот на карте Кабанского торфяной системы видны характерные (искомые) температурные экстремумы. :roll: Это пиксели от 30х30 до 30х60 метров (исходя из того, что разрешение карты 30 м, это наименьшая возможная к дешифрированию площадь). Разница с соседними составляет 3-5 градусов, но всего диапазон температур в пределах торфяника варьирует от -17.3 до - 26.8 (С). ТО есть если эти экстремумы сравнивать с температурой территории не прямо к ней примыкающей, а на небольшом расстоянии, то разница будет уже до 10 градусов. Как и на территории Селенгинска, на территории Кабанской торфяной системы видна температурная неоднородность.

Какие выводы можно сделать?

Карта температур показывает на территории торфяного пожарах явную неоднородность в нагреве. На Кабанской системе – видны явные температурные экстремумы (30х30, 30х60 м). Часть из них попадает в выгоревшие на 04 мая торфяники, часть туда не попадает.

Можно предположить, что эти температурные экстремумы показывают как раз зимующие очаги торфяного пожара. Или же самые сильные такие очаги. Были ли на Кабанской системе такие зимующие очаги не известно точно (не только мне, но и работающим на торфяниках специалистам).

Возможно, что весь неоднородный нагрев показывает ход торфяного пожара под снегом. То есть что можно анализировать температурную неоднородность, само ее значение, чтобы определять так горящие по снегом участки, выявлять самые сильные торфяные пожары, чтобы, например, весной туда ехать в первую очередь (поскольку они могут дать сильные лесные пожары). Многолетний анализ может показать про какие-то территории, что они горят ежегодно и аномально сильно.

Так, зимующий очаг в Селенгинске – приходится ровно на границу двух температурных зон, он может быть очагом на границе крупного зимующего пожара.
Данных по самим торфяным пожарам и зимующим очагам сейчас у меня было мало, чтобы понять точно, дает ли нам что-то карта температур для анализа торфяных пожаров и, главное, для практической пользы в тушении торфяных пожаров.
Может быть, специалисты по торфяным пожарам и также хорошо знающие изучаемую территорию, могут сказать что-то более определенное – в ту или другую сторону.

Несомненно, что данные надо анализировать сопряженно. Выявленные торфяные пожары, зимующие очаги и карту температур. Это может навести на идеи методики, которая будет важна для практики.

Еще, думаю, здесь может сработать карта контраста. Если строить карту по контрасту (т.е. разнице между минимальным и максимальным значением LST в каком-то заданном радиусе), поскольку цель – найти не просто повышения температуры поверхности, а такие точки, которые бы резко контрастировали с окружающей территорией.

При этом надо сразу вырезать только торфяник и с ним работать, чтобы не мешали все другие территории и не давали повышения температуры. То есть нужно иметь шейп файл контура всех торфяников. Его наложить на карту температур и по нему ее вырезать для анализа. Как я сделала для данного отчета.

Все рассмотренные выводы и идеи – могут взять себе на вооружение заинтересованные в теме и попробовать с большим набором данных получить метод дешифрирования торфяных пожаров (в том числе зимующих) при помощи карты температур, построенной по снимкам Landsat-8.

К отчету приложены данные:
1. Сам отчет (Отчет_LST&peatfires.doc)
2. Геопривязанные файлы, использованные в работе: построенные карты температур на 17 янв 2018, выгоревшие торфяники с карты Гринпис на 4 мая 2018, зимующий очаг у Селенгинска на 2 апр 2018) (for report.zip)
Вложения
Отчет_LST&peatfires.doc
(1.87 МБ) 3 скачивания
for report.zip
(500.42 КБ) 0 скачиваний
Последний раз редактировалось Natalia Novoselova 14 июн 2018, 18:45, всего редактировалось 2 раза.

ericsson
Гуру
Сообщения: 3317
Зарегистрирован: 27 июл 2009, 19:26
Репутация: 736
Ваше звание: Вредитель полей

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение ericsson » 12 июн 2018, 22:22

Вы, традиционно, демонстрируете confirmation bias и полное отрицание научного подхода.

Чтобы доказать, что температурная неоднородность на ваших снимках вызвана наличием зимующего очага, вам нужно, как минимум, сравнить территорию с очагами и территорию без них в одинаковых условиях и доказать, что указанные температурные однородности встречаются только в местах с зимующими очагами, а не вызваны, например, погрешностью метода оценки вроде отражения солнечного излучения от неровностей снежного покрова.

Под "одинаковыми условиями" следует понимать характер рельефа, состояние снежного покрова, наличие препятствий, которые способствуют возникновению неровностей.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 12 июн 2018, 22:57

ericsson писал(а):
12 июн 2018, 22:22
Вы, традиционно, демонстрируете confirmation bias и полное отрицание научного подхода.

Чтобы доказать, что температурная неоднородность на ваших снимках вызвана наличием зимующего очага, вам нужно, как минимум, сравнить территорию с очагами и территорию без них в одинаковых условиях и доказать, что указанные температурные однородности встречаются только в местах с зимующими очагами, а не вызваны, например, погрешностью метода оценки вроде отражения солнечного излучения от неровностей снежного покрова.

Под "одинаковыми условиями" следует понимать характер рельефа, состояние снежного покрова, наличие препятствий, которые способствуют возникновению неровностей.
Я взяла из переданных мне данных то, что я смогла взять. И указанные вами нюансы я и высказала в своих рекомендациях:
Работать только по торфянику (отрезать территории, к нему не относящиеся, поскольку они дают повышение или понижение температуры). Изучать данные сопряженно - торфяные пожары, достоверные зимующие очаги и карту температур.

Вывод из работы таков - найденные температурыне экстремумы могут являться зимующими очагами или самыми сильными зимующими очагами. Это гипотеза, которую можно сделать из данного анализа. Но ее можно, возможно, проверить в поле - придя на точки и посмотрев, что там делается. Хоть сейчас июнь, но что-то можно понять, был ли в том месте очень сильный очаг или его не было.
Также это можно сделать следующей зимой, заново построив карту.

Кстати, анализ карты температур за 11 сентября 2017 г не показал ни этих температурых экстремумов, ни точно такого же распределения температур.

ericsson
Гуру
Сообщения: 3317
Зарегистрирован: 27 июл 2009, 19:26
Репутация: 736
Ваше звание: Вредитель полей

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение ericsson » 13 июн 2018, 10:34

Natalia Novoselova, "мои рекомендации" (которые, на самом деле, требования научного метода) в строго обратном.
Нельзя подтвердить гипотезу, работая только с данными на территории торфяника. Необходимо анализировать наличие аномалий, которые вы списываете на зимующий очаг, и в пределах торфяника, и за его пределами.

Я, исходя из знания физики, могу предположить, что связь тут только косвенная - не проходит тепловое излучение через снежный покров, а дело в подтапливании снега снизу и образовании ям в нем. А вот края этих ям из-за падения на них солнечных лучей под другим углом, кажутся более теплыми (тупо из-за отражения). Может быть и множество других факторов. Так что без сравнения с теми же ямами на лугу, а не на торфянике, все эти "зависимости" - не более чем измышления, как всегда.

tikhpetr
Активный участник
Сообщения: 186
Зарегистрирован: 30 окт 2014, 16:33
Репутация: 13
Откуда: г. Жуковский МО

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение tikhpetr » 13 июн 2018, 12:08

Наташа, Вам нужно найти в сети, а лучше живьем, Овечкина Владимира Николаевича. Мы с ним работали в Аэрогеологии. Сдали N месторождений на основе его анализа яркостных характеристик поверхности.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 13 июн 2018, 15:15

ericsson писал(а):
13 июн 2018, 10:34
Natalia Novoselova, "мои рекомендации" (которые, на самом деле, требования научного метода) в строго обратном.
Нельзя подтвердить гипотезу, работая только с данными на территории торфяника. Необходимо анализировать наличие аномалий, которые вы списываете на зимующий очаг, и в пределах торфяника, и за его пределами.

Я, исходя из знания физики, могу предположить, что связь тут только косвенная - не проходит тепловое излучение через снежный покров, а дело в подтапливании снега снизу и образовании ям в нем. А вот края этих ям из-за падения на них солнечных лучей под другим углом, кажутся более теплыми (тупо из-за отражения). Может быть и множество других факторов. Так что без сравнения с теми же ямами на лугу, а не на торфянике, все эти "зависимости" - не более чем измышления, как всегд
Что могла, то сделала. При этом я постаралась передать весь материал полностью Гринпис и также научному коллективу из самой Бурятии. Они ваш комментарий тоже прочтут. Конечно, это задача на бОльшую работу и, в том числе, полевые исследования. Куда ведь проще съездить на место и посмотреть, а что там.

Я хотела проверить гипотезу. Прямо эта гипотеза не подтвердилась, но что-то интересное и похожее на правду я нашла.

К слову, я внимательно смотрела и другие территории на этом снимке и также за сентябрь 2017, таких странных небольших термальных экстремумов, как четко видны на Кабанской ООС, я нигде не видела.
Последний раз редактировалось Natalia Novoselova 13 июн 2018, 15:19, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 13 июн 2018, 15:18

tikhpetr писал(а):
13 июн 2018, 12:08
Наташа, Вам нужно найти в сети, а лучше живьем, Овечкина Владимира Николаевича. Мы с ним работали в Аэрогеологии. Сдали N месторождений на основе его анализа яркостных характеристик поверхности.
Спасибо за совет. Месторождений чего?

Вообще, я углубляюсь в сферу дешифрирования как состояния растительного покрова (моя основная тема), так и геохемические аномалии (загрязнения пром. выбросами) методами ДЗЗ. Изучаю индексы и вот, много надежд вкладываю в параметр температуры земной поверхности. Интересно узнать про связанные методы.

ericsson
Гуру
Сообщения: 3317
Зарегистрирован: 27 июл 2009, 19:26
Репутация: 736
Ваше звание: Вредитель полей

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение ericsson » 13 июн 2018, 19:39

Да не хотите вы делать так, как нужно. Вам куда интереснее заниматься подбором "доказательств" своей идеи, игнорируя все, что ее потенциально опровергает. Это называется confirmation bias, за такое научные публикации попадают не в профильные журналы, а в мусорное ведро.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 14 июн 2018, 18:50

ericsson писал(а):
13 июн 2018, 19:39
Да не хотите вы делать так, как нужно. Вам куда интереснее заниматься подбором "доказательств" своей идеи, игнорируя все, что ее потенциально опровергает. Это называется confirmation bias, за такое научные публикации попадают не в профильные журналы, а в мусорное ведро.
Все упирается в характер проекта, понимаете? Сейчас моя цель была да - быстро посмотреть, а что там видно. Что сделала, то сделала. В целом конечно, вы правы, насчет методики, надо изучать намного сложнее. И правильные вещи вы говорите.

Если Гринпис или специалисты Бурятии заинтересуются темой, они или мне больше данных дадут (поскольку сейчас у меня была всего 1 точка зимующего очага с которой не разгуляешься, и не было шейпфайла контуров самих осушенных торфяников, только лишь выгоревшие выделы). Или сами продолжат тему. Я всё выложила в первом сообщении, в т.ч. геопривязанные данные.

Мой предварительный вывод - что у методики есть потенциал, который может быть напрямую полезен для устранения торфяных пожаров, их мониторинга, выявления самых опасных в них участков.

Форум ГИС-Лаб, данный раздел, не рецезируемый журнал, а площадка, в том числе, для обкатывания новых научных и практических идей проетков.


Поправка в отчете. Гринпис сказал, глубина очагов была 1 м, редко до 1.5 м. То есть еще ближе к поверхности.

ericsson
Гуру
Сообщения: 3317
Зарегистрирован: 27 июл 2009, 19:26
Репутация: 736
Ваше звание: Вредитель полей

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение ericsson » 14 июн 2018, 19:27

Natalia Novoselova писал(а):
14 июн 2018, 18:50
Все упирается в характер проекта, понимаете?
Это не имеет отношения к тому, что научный подход нужно применять везде, а не генерировать безосновательные идеи бесконечно.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2894
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 53
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Можно ли увидеть зимующие очаги торфяного пожара по TIRS Landsat8? [ОТЧЕТ]

Сообщение Natalia Novoselova » 16 июн 2018, 18:56

Идея об еще одном возможном приложении карты температуры земной поверхности, построенной по Landsat, в отношении торфяных пожаров.



Очаги с температурой 330-400 градусов в Бурятии находятся на глубине всего 1 – реже до 1.5 м от поверхности. Температура на самой поверхности при этом очевидно должна быть выше, чем на фоновом (не горящем) участке торфяника. Чем ближе очаг и чем выше в нем температура, тем выше должна быть температура поверхности (то есть ее превышение по сравнению с фоновым негорящим участком).

Таким образом, температура земной поверхности является индикатором того, что происходит с торфяником – есть пожар или его нет, насколько сильный пожар. Важно отметить, что в такой оценке важно и превышение в долях градуса – поскольку речь о температуре на земной поверхности, как индикаторе того, что происходит в глубине.


Найти ТОЧНУЮ зависимость – это научная задача. Но, пока она не найдена, методику можно попробовать использовать на практике. Причем само это использование может подтолкнуть и направить и последующие научные изыскания.

Это может быть особенно полезно на больших и сложно проходимых территориях торфяников, вроде Кабанской системы ООС в Бурятии. Может быть, и торфяник у села Молодцово, что горит сейчас в Ленинградской области.
Для таких работ необходимо иметь оцифрованный контур территории торфяника, чтобы по нему вырезать построенную карту температур. Поскольку иначе другие территории (повышения в рельефе, водоемы, строения) создают ненужный сдвиг в температурной шкале, затрудняя визуальный анализ самого торфяника
Карта температур может выявлять наиболее опасные участки торфяного пожара: соответственно, чем выше температура поверхности и больше площадь таких пятен с высокой температурой – там и вероятен самый сильный пожар. Для небольших торфяников (где проще доехать и посмотреть) это может быть менее значимо. Но для больших и сложно проходимых (и проезжаемых) территорий, где уже все переворочано, этот метод может помочь – направлять силы в самые нужные места. Не тратить силы и людей на обследование территории.

Учитывая временное разрешение снимка Landsat (16 дней), для такого анализа нужно скачивать снимок самый близкий к дате работ.

А после тушения, уже по новому снимку, можно еще раз оценить территорию, и опять-таки, используя температуру как индикатор, это может помочь мониторингу ситуации с пожаром (есть ли еще аномальные повышения температуры).

Подчеркну новые моменты по сравнению с тем, что говорилось выше в теме.

1. Сейчас речь идет не о поиске зимующих очагов, а об оценке горимости всей большой территории торфяника в любой месяц в данный момент времени.
2. Идея использовать температуру как индикатор мощности и наличия торфяного пожара (чем выше температура, тем сильнее вероятный пожар). При таком методе важны и доли градуса повышения температуры, которые диагностирует Landsat.
3. Для таких работ необходимо иметь оцифрованный контур территории торфяника, чтобы по нему вырезать построенную карту температур. Поскольку иначе другие территории (повышения в рельефе, водоемы, строения) создают ненужный сдвиг в температурной шкале, затрудняя визуальный анализ самого торфяника.

Ответить

Вернуться в «Охрана природы»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость