Articolul complet Detectarea impactului imediat al incendiilor asupra scurgerii într-un munte slab calibrat

Descărcați citația
https://doi.org/10.1080/02626667.2014.959960
CrossMark

Ediție specială: Modelarea captărilor variabile temporar

Articol complet
Cifre și date
Referințe
Citații
Valori
Reimprimări și permisiuni
PDF
EPUB

Abstract

rezumat

INTRODUCERE

Incendiile sălbatice duc la schimbări rapide de mediu pe termen scurt și lung, care includ modificări ale acoperirii vegetației, proprietăților solului, fluxurilor de căldură și apă între atmosferă și sol, regimul hidrologic, eroziunea și mișcarea masei.

Modificările hidrologice post-incendiu au fost analizate pe larg în medii calde și uscate, precum Marea Mediterană, Australia, Africa de Sud și SUA (Scott 1993, Cosandey și colab. 2005, Neary și colab. 2005, Shakesby și Doerr 2006, Soulis și colab. 2012, Stoof și colab. 2012, Zhou și colab. 2013, 2014), în principal pe versanți și în bazine hidrografice la scară mică (Lavabre și colab. 1993, Scott 1993, Rosso și colab. 2007, Soulis și colab. 2012, Stoof și colab. 2012). Foarte puține studii privind impactul asupra incendiilor asupra hidrologiei au fost efectuate în bazine la scară medie și mare (Shakesby și Doerr 2006) sau în regiuni reci (Buttle și Metcalfe 2000, Owens și colab. 2013).

Majoritatea studiilor care se concentrează pe bazinele calde și uscate raportează o creștere a debitelor de debit de vârf și a debitului total. Intercepția redusă și pierderile de apă din gunoi, transpirația eliminată și formarea unui strat de sol hidrofob sunt denumite de obicei ca factori care influențează debitul terestru și creșterea debitului total (Shakesby și Doerr 2006; Neary și colab. 2005). În schimb, unele studii efectuate în bazine mai mari și mai reci au arătat rezultate contradictorii. De exemplu, Owens și colab. (2013) nu au dezvăluit nicio diferență semnificativă între debitul de vârf înainte și după incendiu pe un bazin de 158 km2 din centrul British Columbia, Canada, cu excepția începutului mai devreme (cu 2 săptămâni) al rufei. Neary și colab. (2005) au raportat o scădere a debitului de topire a zăpezii în bazinele de apă grav arse. Au raportat-o la o densitate mai mică a copacilor peste bazinul ars ars, care a permis o expunere mai mare a zăpezii la evaporare. Seibert și colab. (2010) au constatat o creștere medie a debitului maxim de 120% după incendii severe care au condus la distrugerea completă a suprafețelor mari de pădure din bazinele hidrografice dominate de zăpadă din munții Cascade, SUA.

Deși au fost documentate efectele profunde ale focului asupra zăpezii, solului și caracteristicilor peisajului care conduc procesele hidrologice în regiunile reci, sunt necesare eforturi considerabile pentru a ne înțelege mai bine efectele incendiilor asupra hidrologiei bazinelor hidrografice în mediile reci. La nivel mondial, există foarte puține astfel de studii (Buttle și Metcalfe 2000, Seibert și colab. 2010) și autorii nu știu niciunul pentru Siberia. Abordarea comportamentului nestatic staționar post-incendiu este o provocare (Thirel și colab. 2015) și nu a fost încă încorporat în mod adecvat în modelele hidrologice și de mediu (Hinzman și colab. 2003). Unii autori adoptă o abordare de modelare în evaluarea impactului incendiilor asupra proceselor hidrologice (Lavabre și colab. 1993, Beeson și colab. 2001, Lane și colab. 2010, Seibert și colab. 2010, Ebel 2013). În aceste studii, modelele calibrate pe date pre-incendiu sunt utilizate ca indicatori ai modificărilor după perturbare (Seibert și colab. 2010, Lavabre și colab. 1993) și, în unele cazuri, ca instrumente pentru investigarea naturii acestor schimbări (Seibert și colab. 2010, Ebel 2013).

Scopul lucrării actuale este de a evalua impactul incendiilor de pădure asupra regimului hidrologic al bazinelor hidrografice acoperite de permafrost din Siberia de Est și de a investiga utilizarea modelului de hidrograf (Vinogradov și Vinogradova 2010, Vinogradov și colab. 2011, Semenova și colab. 2013) ca instrument pentru a ține cont de comportamentul tranzitoriu al peisajelor permafrost folosind un set dinamic al parametrilor modelului. Cu toate că in situ observațiile sunt cheia pentru detectarea tendințelor condițiilor de peisaj local și pentru a obține informații despre dinamica la nivel de proces, în regiunea studiată a Siberiei rețelele de observație sunt extrem de rare. Au fost aplicate date și produse de teledetecție pentru a umple acest gol.

SITE DE STUDIU: BAZINUL RIULUI VITIM

Siturile de studiu sunt bazinul râului Vitim, gabaritul Romanovka (18 200 km 2 - ieșirea 1 în Fig. 1) și bazinul râului Vitimkan cuibărit, gabaritul Ivanovsky (969 km 2 - ieșirea 2 în Fig. 1). Ele au fost selectate pe baza datelor de teledetecție MODIS Area Burned Area ca bazine de apă puternic afectate de incendiu în 2003. Procentele suprafeței arse ale bazinelor după incendiu în 2003 au fost de 49% (Vitim) și 78% (Vitimkan).

Publicat online:

FIG. 1 Amplasarea bazinelor hidrografice Vitim și Vitimkan (cuibărite).

Bazinele sunt situate în zona de permafrost continuu din Siberia de Est, în bazinul superior al râului Lena. Conținutul scăzut de umiditate la suprafață în vara anului 2002 și o perioadă fără ploaie în aprilie - mai 2003 au provocat evenimente extinse de incendii de tip „târâtoare” (Isaev 2011) în mai - iunie 2003 în întreaga regiune Transbaikal din Siberia de Est (Forkel și colab. 2012). Alegerea bazinelor de studiu a fost determinată de suprafața mare de perturbare a incendiilor și de disponibilitatea datelor hidrometeorologice.

Date de incendiu prin teledetecție

Produsul MCD45A1 - Zona arsă MODIS - oferă informații despre ziua de ardere pe bază de pixel. Datele sunt disponibile sub formă de compozite lunare din 2000 până în 2013. Rezoluția spațială a versiunii 5 a colecției, care a fost utilizată în acest studiu, este de 500 m (Boschetti și colab. 2009). Algoritmul zonei arse mapează ziua arderii folosind date de reflecție a suprafeței terenului zilnice multi-temporale bazate pe o metodă de detectare a modificărilor generice descrisă de Roy și colab. (2002, 2005).

Date hidrologice și meteorologice

Acest studiu se bazează pe utilizarea datelor zilnice obținute din rețeaua hidrometeorologică a statului rus (stații meteorologice și hidrologice). Datele zilnice de descărcare de gestiune sunt disponibile pentru perioada 1958-2004 pentru bazinul râului Vitimkan (priza Ivanovsky) și 1958-2010 pentru bazinul râului Vitim (priza Romanovka). Am obținut serii meteorologice (valori zilnice ale adâncimii precipitațiilor, temperaturii medii ale aerului și umidității relative) pentru cinci stații meteorologice (Fig. 1) de la Institutul de Cercetare All-Russian of Hydrometeorological Information - World Data Center (http: // aisori. meteo. ru/ClimateR) și clusterul științific al sistemului terestru siberian, Universitatea Jena (Eberle și colab. 2013; http://artemis.geogr.uni-jena.de/gsod-siberia/).

Principalele caracteristici ale stațiilor meteorologice sunt rezumate în Tabelul 1. Lacune scurte (până la 5 zile) în datele privind temperatura aerului și umiditatea relativă au fost completate de valori interpolate între datele anterioare și cele ulterioare. Datele de la cea mai apropiată stație la aceeași altitudine aproximativă au completat lacune mai lungi în temperatura și umiditatea aerului și goluri de orice lungime în precipitații.

Publicat online:

Tabelul 1 Caracteristicile stațiilor meteorologice utilizate în studiu. Vezi Fig. 1 pentru ID-ul stației.