Как спутники помогают предсказывать пожары, а феромонные ловушки – спасать тайгу от нашествий вредителей, журналистам показали ученые Красноярского научного центра СО РАН. В честь Дня российской науки в лабораториях Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН прошел пресс-тур, посвященный современным методам защиты леса.
Ученые рассказали, как сегодня наука и технологии работают на сохранение сибирских лесов – от мониторинга пожаров и состояния растительности до борьбы с насекомыми-вредителями. Гостям показали оборудование для приема и обработки спутниковых данных, беспилотные системы наблюдения, а также уникальные энтомологические коллекции. Специалисты объяснили, как космические технологии помогают оценивать последствия лесных пожаров и как научные разработки позволяют заранее выявлять угрозы, предотвращать массовые поражения лесов вредителями.
Всевидящее око
Первой точкой пресс-тура стала лаборатория космических систем и технологий ФИЦ КНЦ СО РАН. Здесь ведется спутниковый мониторинг природных пожаров в Сибири, изучение их влияния на северные экосистемы. Одно из ключевых направлений работы – анализ процессов в зоне вечной мерзлоты, где на фоне глобального потепления растет число и интенсивность возгораний.
Ученые формируют многолетнюю базу спутниковых данных, которая позволяет не только фиксировать масштабы пожаров в реальном времени, но и оценивать их отдаленные последствия. Как объясняют исследователи, пожары в тундре и северной тайге запускают цепочку изменений: выгорание растительного покрова ускоряет таяние мерзлоты, приводит к заболачиванию территорий и сопровождается дополнительными выбросами парниковых газов. Понимание этих процессов необходимо для прогнозирования климатических изменений и оценки рисков для инфраструктуры северных регионов.
С учетом климатических трендов роль пожаров будет только усиливаться. Поэтому развитие систем спутникового мониторинга становится важнейшим инструментом не только для оценки ущерба, но и для заблаговременного выявления угроз, анализа рисков для населенных пунктов и промышленных объектов, а также поиска способов снижения нагрузки на хрупкие экосистемы Севера.
О работе лаборатории журналистам подробно рассказал кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН Евгений Пономарев. Он отметил, что лаборатория ведет прием и анализ спутниковых данных уже около тридцати лет – с 1990-х годов. Изначально основное внимание уделялось мониторингу природных пожаров, и эта задача остается ключевой и по сей день.
Лаборатория располагает собственной современной исследовательской системой с расширенными возможностями. В коллективе работают специалисты разных направлений – от сотрудников СФУ до МЧС России, что позволяет объединять фундаментальные исследования с практическими задачами. Данные со спутников используются не только для оперативного контроля пожаров, но и для анализа состояния лесов, оценки ущерба от вырубок и добычи ресурсов, а также для изучения естественных процессов, таких как смещение границ растительности по широте и высоте.
Особый интерес представляют северные территории, где глобальное потепление увеличивает риск высокоинтенсивных пожаров. Примерно 30 % территории Сибири хотя бы раз в разные годы подвергались пожарам, а средняя площадь одного возгорания составляет около 1 % лесного фонда. В зоне вечной мерзлоты это особенно опасно: поврежденный растительный покров изменяет теплообмен, почва прогревается сильнее, что приводит к увеличению глубины сезонного протаивания на 60–80 см. За несколько десятилетий это создает нестабильность экосистем и повышает выбросы углекислого газа.
Ученые используют не только космические данные, но и наземные методы. Георадары позволяют изучать слои грунта на глубине до шести метров, а сопоставление спутниковых и наземных наблюдений помогает судить о состоянии мерзлоты. Так, на участках вокруг Норильска глубина протаивания достигает одного метра, тогда как на нетронутых территориях – около 40 см.
Пономарев также отметил тепловые аномалии: даже если растительность после пожара визуально восстанавливается через несколько лет, на тепловых снимках она продолжает выделяться повышенной температурой. Сегодня до 20 % зоны мерзлоты Сибири находится в таком нарушенном состоянии.
Тем не менее ученые подчеркивают, что пожары не всегда вредны. В естественных условиях они снижают накопление мертвой древесины, способствуют прорастанию семян и формированию разновозрастных лесов. Опасность возникает только тогда, когда пожары становятся слишком частыми или затрагивают новые территории.
Собранные данные активно используют МЧС России для оперативного мониторинга, а также научные коллективы Красноярского научного центра, Рослесхоз и иные организации. По статистике, до 70 % пожаров в населенных и освоенных районах вызываются людьми, а в арктических регионах основная причина – молнии. Изменение климата усиливает грозовую активность: при повышении температуры на один градус число молний увеличивается примерно на 14 %, что создает дополнительный риск для северных лесов.
Таким образом, спутниковый мониторинг позволяет не только фиксировать факты возгораний, но и прогнозировать их последствия для лесов, мерзлоты и климата, что важно для выработки мер защиты северных территорий.
Молодежная лаборатория и беспилотные технологии
В молодежной лаборатории космических систем и технологий Федерального исследовательского центра основную работу ведут аспиранты и молодые специалисты, каждый из которых развивает собственное научное направление – всего в лаборатории активно развиваются около восьми проектов.
Особое внимание уделяется беспилотным технологиям: сотрудники разрабатывают системы мониторинга с использованием квадрокоптеров и легких самолетов, а также методы обработки получаемых данных. Эти технологии применяются как в сельском хозяйстве, так и в экспериментах для наблюдения за состоянием растительного покрова.
Также исследуют послепожарное состояние лесов. Одно из направлений – моделирование и создание нового лесопожарного районирования территории Красноярского края. Это особенно актуально на фоне сдвига очагов пожаров на север. Полученные данные будут востребованы при разработке стратегий лесопожарной охраны, систем мониторинга и профилактических мероприятий.
Отдельная группа специалистов занимается программированием и реализацией научных методов в виде алгоритмов, превращая сложные модели в рабочие инструменты анализа спутниковых и беспилотных данных. На экранах лаборатории журналисты смогли увидеть примеры мониторинга сельхозугодий: все обследованные участки занесены в базу данных, ежедневно обновляются сведения о состоянии растительного покрова, что позволяет отслеживать динамику культур, выявлять проблемные зоны и прогнозировать урожай.
По словам сотрудников, такие исследования помогают сравнивать состояние здоровых и пострадавших посевов, заранее выявлять потенциальные трудности и готовиться к ним. Пока работа носит преимущественно фундаментальный характер и выполняется для сельхозпредприятий, участвующих в научных программах.
Молодые ученые активно используют собственные разработки для применения на спутниках. Так, младший научный сотрудник Даниил Макаров рассказал о технологии, которая позволяет применять сигналы навигационных спутников не только для определения координат, но и для выделения различных электрофизических параметров сред, с которыми взаимодействует спутниковый сигнал.
Один из объектов наших исследований – лед, – рассказал молодой ученый. – Это лед на ледовых переправах, на озерах с разной соленостью и толщиной. С помощью этого метода можно определять толщину ледового покрова и его прочность и тем самым отвечать на практический вопрос, безопасно ли еще пользоваться переправой или ее уже пора закрывать. Сигналы навигационных спутников взаимодействуют и с другими объектами – например, с лесом или сельскохозяйственными угодьями. По отраженному сигналу можно решать разные задачи, например, получать данные о влажности этих объектов. Раньше метод использовался в стационарном варианте, антенну устанавливали рядом с объектом исследования. Сейчас у нас есть собственная разработка – прибор с антеннами, подвесом и двумя одинаковыми приемниками навигационных спутников, который можно устанавливать на квадрокоптер и проводить измерения в режиме облета объектов.
Борьба с насекомыми-вредителями
Одной из важнейших в Институте леса им. В. Н. Сукачева является лаборатория лесной зоологии, где разрабатывают современные направления охраны тайги от насекомых-вредителей.
Институт был образован в 1958–1959 годах, однако его головной центр появился еще в 1944 году в Москве. Как объяснил кандидат биологических наук Юрий Баранчиков, заведующий лабораторией, лесной институт создавался с прицелом на будущее, чтобы готовить кадры для сохранения лесов. В Красноярске была открыта лаборатория лесной энтомологии, которая подготовила практически всех действующих сегодня лесных энтомологов страны.
Сегодня в Красноярском крае сосредоточено около 18 % лесов России – примерно 170 миллионов гектаров, главным образом лиственница, затем сосна, ель и пихта. Основные угрозы лесам – пожары, болезни и насекомые-вредители. В лаборатории выделяют три ключевые группы вредителей: листогрызущих (сибирский шелкопряд), стволовых (уссурийский полиграф) и лиственничную почковую галицу.
За последние 150 лет было зафиксировано 13 вспышек численности сибирского шелкопряда. Только в Красноярском крае погибло около 10 миллионов гектаров леса, – рассказал Баранчиков. – Лиственница обычно выживает даже после полной потери хвои, а темнохвойные породы быстро заселяются стволовыми вредителями и погибают. Последняя крупная вспышка пришлась на 2019 год.
Лаборатория занимается районированием территорий по степени риска, разрабатывает методы мониторинга и впервые предложила учет численности с помощью феромонных ловушек. Феромон – это аналог запаха самки шелкопряда, который привлекает самцов, они попадают в ловушку и погибают. Главная цель – мониторинг. Если количество самцов превышает 100 за сезон, следует готовиться к вспышке гусениц.
Особое внимание уделяется гибридизации вредителей. Как рассказала доктор биологических наук Наталья Кириченко, исследуются гибриды сибирского и соснового шелкопрядов, чтобы прогнозировать потенциальные угрозы:
Сибирский шелкопряд отличается большой прожорливостью и может повреждать широкий спектр хвойных пород, а сосновый шелкопряд имеет более крупную массу тела, самки могут откладывать большое количество яиц. Если при слиянии этих видов появляются гибриды, способные унаследовать признаки обоих родителей, то может возникнуть настоящий «монстр» – более жизнеспособный и опасный для леса, чем исходные виды, – пояснила Кириченко.
Она отметила, что такой сценарий уже подтверждается в природе. Поэтому ученые сегодня играют на опережение – проводят эксперименты по скрещиванию, чтобы понимать, какие угрозы могут возникнуть в будущем, если такие «монстры» выйдут за пределы лаборатории.
Пресс-тур наглядно показал: красноярская наука сегодня работает в по-настоящему широком диапазоне – от космических технологий и беспилотных аппаратов до радиофизики, биологии и генетики. В одних лабораториях лес «рассматривают» с орбиты с помощью спутников, в других – изучают под микроскопом насекомых-вредителей и их скрытые механизмы размножения и адаптации.
Но за этим многообразием приборов, методов и научных терминов стоит одна общая цель. Независимо от того, идет ли речь о спутниковых снимках, тепловых аномалиях мерзлоты или гибридах шелкопряда в инсектарии, все эти исследования работают на сохранение главного природного богатства региона – сибирского леса. Именно в этом соединении высоких технологий и тонкого понимания живой природы проявляется современная роль науки: не только объяснять происходящее, но и помогать защищать то, что делает Сибирь Сибирью.
