DOI: https://doi.org/10.24057/2071-9388-2025-3963
تاريخ النشر: 2026-01-11
المؤلف: Zhanna A. Atutova وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار الحرائق على النظم البيئية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في موثوقية نسبة الاحتراق المنضبطة (NBR) ونظيرها المختلف (dNBR) لتقييم المناطق المحترقة واستعادة الغابات بعد الحرائق في غابات الصنوبر في منخفض تونكا، التي تأثرت بحرائق الغابات في عام 2010. باستخدام صور لاندسات 7 وبيانات ميدانية من 2014 إلى 2022، تؤكد الأبحاث أن كل من NBR وdNBR فعالة في رسم خرائط المناطق المحترقة وتحديد شدة الحريق الأولية. تشير التحليلات إلى أن صور منتصف موسم النمو هي الأكثر إفادة للكشف عن الحرائق الحديثة، بينما تعتبر بيانات dNBR في الربيع أكثر موثوقية لتقييمات التجديد بعد الحريق بسبب التأثير المنخفض من الغطاء العشبي.
على الرغم من الانتعاش السريع لقيم NBR إلى مستويات ما قبل الحريق بحلول عام 2021، تبرز الدراسة أن هذا لا يعادل العودة إلى حالة شبه طبيعية لمجتمعات النباتات. تؤكد النتائج على قيود الاعتماد فقط على مؤشرات NBR/dNBR لتقييمات التجديد على المدى الطويل، داعية إلى دمج بيانات الاستشعار عن بعد مع الملاحظات الميدانية لتعزيز دقة دراسات التجديد. تؤسس الأبحاث قيمة عتبة dNBR تبلغ 0.500 لتصنيف التحول الناري وتحدد العوامل الرئيسية التي تؤثر على تجديد الغابات، مما يبرز ضرورة اتباع نهج مضبوط في تقييم العمليات التي تشكل المناظر الطبيعية في النظم البيئية المتضررة.
مقدمة
في ربيع عام 2010، أثرت حريق غابات كبير على حديقة تونكينسكي الوطنية في جنوب شرق سيبيريا، حيث احترق 233 هكتارًا في منطقة باداري وساهم في إجمالي 14,705.96 هكتار تأثرت بالحرائق من 2002 إلى 2016، مع احتراق 2,126.28 هكتارًا إضافيًا بين 2019 و2023. هذه الحرائق، على الرغم من محدوديتها، تهدد المجمعات الطبيعية الفريدة، بما في ذلك أنواع الغابات المتنوعة والأنواع تحت الشجر، التي تعتبر حيوية للحفاظ على تميز المنطقة البيئي. أشارت المسوحات الجيوبوتانية التي أجريت من 2014 إلى 2022 إلى أن حريق الغابات في 2010 عزز تمايز تجمعات النباتات الغابية، مما يستدعي الحاجة إلى تحسين الأساليب التحليلية لدراسة تأثيرات حرائق الغابات وتجديد الغابات.
تؤكد الدراسة على إمكانيات بيانات الأقمار الصناعية ومؤشرات الغطاء النباتي الطيفية، وخاصة نسبة الاحتراق المنضبطة (NBR)، لتقييم التغيرات في المناظر الطبيعية بعد الحريق وديناميات التجديد. بينما أثبتت NBR فعاليتها في رسم خرائط المناطق المحترقة ومراقبة الانتعاش، هناك فجوة ملحوظة في التحقق من هذه الاستنتاجات المستندة إلى الاستشعار عن بعد مع الملاحظات الميدانية. تهدف هذه الأبحاث إلى استكشاف العلاقة بين المعلمات الجيوبوتانية لمجتمعات ما بعد حرائق الغابات وديناميات NBR، من خلال دمج الاستشعار عن بعد مع البيانات الميدانية لتعزيز فهم التحول الناري وتحديد أكثر الفترات النباتية موثوقية لتقييمات NBR في سياق ديناميات النظام البيئي الموسمي في جنوب شرق سيبيريا.
الطرق
تضمنت الطرق المستخدمة في هذه الدراسة مزيجًا من المراقبة الجيوبوتانية وتقنيات المعلومات الجغرافية لتقييم استعادة الغطاء النباتي بعد الحريق عبر ثلاثة مواقع في منطقة باداري في جنوب غرب سيبايكاليا. بدأت الملاحظات الميدانية في 2014 و2016 وشملت إنشاء قطع عينات دائمة بمساحة 20 × 20 م، حيث تم تسجيل معلمات مثل تركيب أنواع الشجيرات تحت الأشجار، والارتفاع المتوسط، والغطاء المشروع. تم استخدام مقياس درود لتحديد وفرة الأنواع، بينما تم تقدير الغطاء المشروع بصريًا باستخدام نهج مقياس خطوة مصمم لطبقات النباتات المختلفة. تم تجميع هذه الملاحظات في مجموعات تجديد لوصف ديناميات استعادة مجتمع النباتات بعد أحداث الحرائق.
اعتمد التحليل الجغرافي على صور الأقمار الصناعية لاندسات 7 لاشتقاق نسبة الاحتراق المنضبطة (NBR) لتحديد المناطق المحترقة وتحليل الديناميات بعد الحريق. تم حساب NBR باستخدام بيانات الانعكاس الطيفي من نطاقات الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) والأشعة تحت الحمراء القصيرة (SWIR)، مع قيم تتراوح من -1 إلى +1 تشير إلى صحة الغطاء النباتي. استخدمت الدراسة كود JavaScript مخصص على منصة Google Earth Engine لمعالجة حوالي 200 قيمة NBR لكل نقطة ملاحظة من 2009 إلى 2022، على الرغم من معدل استبعاد بنسبة 40% بسبب الغطاء السحابي. تم أيضًا حساب نسبة الاحتراق المنضبطة المختلفة (dNBR) لت quantifying الأضرار البيئية الناجمة عن الحريق وتتبع تقدم الانتعاش. سمح هذا النهج الشامل بتصنيف البيانات الجغرافية بناءً على درجة التحول الناري، مما يسهل فهم عمليات الانتعاش البيئي في الغابات ذات الأشجار الخفيفة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اتجاه ثابت وسلس في قيم نسبة الاحتراق المنضبطة (NBR)، خاصة في منطقة الخلفية غير المحترقة خلال منتصف موسم النمو. الكثافة العالية للسقف في هذه المنطقة تكبح النمو تحت الأشجار الذي يحتاج إلى الضوء، مما يؤدي إلى غطاء أرضي نادر بسبب الحطام الصنوبري. مع زيادة الغطاء المشروع للطبقة العشبية من 30% في الربيع إلى 70% في ذروة النمو النباتي، ارتفعت قيم NBR بحوالي 25%. تم تسجيل القيم المتوسطة لـ NBR لمنطقة الخلفية كالتالي: 0.545 في البداية، 0.586 في المنتصف، و0.648 في نهاية موسم النمو. في المقابل، لوحظت انخفاضات كبيرة في قيم NBR بعد حريق الغابات في 2010، حيث انخفضت القيمة في الموقع A إلى 0.103 وفي الموقع B إلى -0.050، مما يشير إلى حرائق ذات شدة عالية.
كشفت التحليلات عن معدلات استعادة مختلفة بين الموقعين المتأثرين بحريق الغابات. أظهر الموقع A انتعاشًا أقوى، حيث ارتفعت قيم NBR إلى 0.507 في 2021 و0.405 في 2022، وذلك بفضل الظروف الأفضل لغطاء العشب واحتفاظ الأشجار القائمة. في المقابل، أظهر الموقع B انتعاشًا ضئيلًا، حيث تذبذبت قيم NBR بين -0.050 و0.660، مما أعاقه الاضطرابات الناتجة عن الآلات ونمو النباتات المنخفض. تبرز الدراسة أهمية بيانات الأقمار الصناعية في تقييم شدة الاحتراق ومراقبة ديناميات التجديد بعد الحريق، مما يؤكد الحاجة إلى الحصول على الصور في الوقت المناسب، خاصة في الربيع، لتقييم استعادة الغطاء النباتي الخشبي بدقة في المناظر الطبيعية ذات التغيرات الموسمية الملحوظة.
المناقشة
هدفت الدراسة التي أجريت في منطقة باداري في جنوب غرب سيبايكاليا إلى تقييم فعالية نسبة الاحتراق المنضبطة المستمدة من الأقمار الصناعية (NBR) ومؤشرات dNBR في تقييم التحول الناري وتجديد الغابات بعد الحريق في غابات الصنوبر. أكدت النتائج أن هذه المؤشرات موثوقة في تحديد المناطق المتأثرة بالحرائق وتقييم شدة الاحتراق، مما يتماشى مع الأبحاث السابقة. بشكل خاص، ميزت قيم dNBR بين المواقع ذات درجات متفاوتة من الأضرار الناجمة عن الحرائق، حيث تشير القيم التي تتجاوز 0.500 إلى حرائق ذات شدة عالية، بينما تشير القيم بين 0.400 و0.500 إلى أضرار متوسطة. كما أسست الدراسة أن القيم العالية لـ dNBR تت correspond إلى معدلات تجديد منخفضة، مما يبرز أهمية مراقبة هذه المؤشرات على مر الزمن لفهم ديناميات استعادة الغابات.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت الأبحاث أنه على الرغم من زيادة قيم NBR على مر السنين، فإن هذا لا يعني بالضرورة العودة إلى ظروف النظام البيئي ما قبل الحريق، مما يبرز الحاجة إلى الحذر عند تفسير بيانات الأقمار الصناعية لتقييمات استعادة الغابات. اقترحت الدراسة نظام تصنيف للتحول الناري بناءً على قيم dNBR وأوصت بأن تكون بيانات NBR في بداية الموسم أكثر إفادة لتقييم الانتعاش بعد الحريق مقارنة بالبيانات في منتصف الموسم، بسبب انخفاض التداخل من الغطاء العشبي. بشكل عام، أثبت دمج بيانات الاستشعار عن بعد مع الملاحظات الميدانية أنه ضروري لضبط تقييم عمليات تجديد الغابات في أعقاب أحداث الحرائق.
DOI: https://doi.org/10.24057/2071-9388-2025-3963
Publication Date: 2026-01-11
Author(s): Zhanna A. Atutova et al.
Primary Topic: Fire effects on ecosystems
Overview
This study investigates the reliability of the Normalised Burn Ratio (NBR) and its differenced variant (dNBR) for assessing burned areas and post-fire forest recovery in the pine forests of the Tunka Depression, affected by a wildfire in 2010. Utilizing Landsat 7 imagery and field data from 2014 to 2022, the research confirms that both NBR and dNBR are effective for mapping burned areas and determining initial fire severity. The analysis indicates that mid-growing season imagery is most informative for detecting recent burns, while springtime dNBR data are more reliable for post-fire regeneration assessments due to reduced influence from herbaceous cover.
Despite the rapid recovery of NBR values to pre-fire levels by 2021, the study highlights that this does not equate to a return to a near-natural state for plant communities. The findings emphasize the limitations of relying solely on NBR/dNBR indices for long-term regeneration assessments, advocating for the integration of remote sensing data with field observations to enhance the accuracy of regeneration studies. The research establishes a threshold dNBR value of 0.500 for classifying pyrogenic transformation and identifies key factors influencing forest regeneration, underscoring the necessity for calibrated approaches in evaluating landscape-forming processes in disturbed ecosystems.
Introduction
In the spring of 2010, a significant wildfire impacted Tunkinskiy National Park in Southeastern Siberia, burning 233 hectares in the Badary area and contributing to a total of 14,705.96 hectares affected by fires from 2002 to 2016, with an additional 2,126.28 hectares burned between 2019 and 2023. These fires, while limited in extent, threaten unique natural complexes, including diverse forest types and understory species, which are crucial for maintaining the region’s ecological distinctiveness. Geobotanical surveys conducted from 2014 to 2022 indicated that the 2010 wildfire enhanced the differentiation of forest plant populations, prompting the need for improved analytical methods to study wildfire impacts and forest regeneration.
The study emphasizes the potential of satellite data and spectral vegetation indices, particularly the Normalised Burn Ratio (NBR), for assessing post-fire landscape changes and regeneration dynamics. While NBR has proven effective in mapping burnt areas and monitoring recovery, there is a noted gap in validating these remote sensing conclusions with field observations. This research aims to explore the relationship between geobotanical parameters of post-wildfire communities and NBR dynamics, integrating remote sensing with field data to enhance the understanding of pyrogenic transformation and identify the most reliable vegetation periods for NBR assessments in the context of Southeastern Siberia’s seasonal ecosystem dynamics.
Methods
The methods employed in this study involved a combination of geobotanical monitoring and geoinformation techniques to assess post-fire vegetation recovery across three sites in the Badary area of Southwestern Cisbaikalia. Field observations initiated in 2014 and 2016 included the establishment of 20 × 20 m permanent sample plots, where parameters such as tree undergrowth species composition, average height, and projective cover were recorded. The Drude scale was utilized to quantify species abundance, while projective cover was estimated visually using a step-scale approach tailored for different plant layers. These observations were synthesized into regeneration sets to characterize the dynamics of plant community recovery following fire events.
Geoinformation analysis relied on Landsat 7 satellite imagery to derive the Normalised Burn Ratio (NBR) for identifying burnt areas and analyzing post-fire dynamics. The NBR was calculated using spectral reflectance data from the near-infrared (NIR) and shortwave infrared (SWIR) bands, with values ranging from -1 to +1 indicating vegetation health. The study employed a custom JavaScript code on the Google Earth Engine platform to process approximately 200 NBR values per observation point from 2009 to 2022, despite a 40% exclusion rate due to cloud cover. The differenced Normalised Burn Ratio (dNBR) was also calculated to quantify fire-induced environmental damage and track recovery progress. This comprehensive approach allowed for the classification of geodata based on the degree of pyrogenic transformation, facilitating an understanding of the ecological recovery processes in light-coniferous forests.
Results
The results of the study indicate a consistent and smooth trend in Normalized Burn Ratio (NBR) values, particularly in the unburnt background area during the mid-growing season. The high canopy density in this area suppresses light-demanding undergrowth, leading to sparse ground cover due to coniferous litter. As the projective cover of the herbaceous layer increased from 30% in spring to 70% at peak vegetation, NBR values rose by approximately 25%. The mean NBR values for the background area were recorded as 0.545 at the beginning, 0.586 in the middle, and 0.648 at the end of the growing season. In contrast, significant declines in NBR values were observed post-wildfire in 2010, with site A dropping to 0.103 and site B to -0.050, indicating high severity burns.
The analysis revealed differential recovery rates between the two sites affected by the wildfire. Site A exhibited a stronger recovery, with NBR values increasing to 0.507 in 2021 and 0.405 in 2022, attributed to better conditions for grass cover and the retention of standing trees. In contrast, site B showed minimal recovery, with NBR values fluctuating between -0.050 and 0.660, hindered by disturbances from machinery and lower vegetation growth. The study highlights the importance of satellite data in assessing burn severity and monitoring post-fire regeneration dynamics, emphasizing the need for timely image acquisition, particularly in spring, to accurately evaluate woody vegetation recovery in landscapes with pronounced seasonal variability.
Discussion
The study conducted in the Badary area of Southwestern Cisbaikalia aimed to assess the effectiveness of satellite-derived Normalized Burn Ratio (NBR) and delta NBR (dNBR) indices in evaluating pyrogenic transformation and post-fire regeneration in pine forests. The findings confirmed that these indices are reliable for identifying fire-affected areas and assessing burn severity, aligning with previous research. Specifically, the dNBR values differentiated between sites with varying degrees of fire damage, with values exceeding 0.500 indicating high-severity burns, while values between 0.400 and 0.500 suggested moderate damage. The study also established that high dNBR values correspond to low regeneration rates, highlighting the importance of monitoring these indices over time to understand forest recovery dynamics.
Additionally, the research revealed that while NBR values increased over the years, this did not necessarily indicate a return to pre-fire ecosystem conditions, emphasizing the need for caution when interpreting satellite data for forest recovery assessments. The study proposed a classification system for pyrogenic transformation based on dNBR values and suggested that early-season NBR data are more informative for evaluating post-fire recovery than mid-season data, due to reduced interference from herbaceous cover. Overall, the integration of remote sensing data with field observations proved essential for calibrating the assessment of forest regeneration processes in the aftermath of fire events.