Особенности картографирования структурных характеристик растительности аридных ландшафтов по спутниковым данным

В докладе представлены результаты сопоставления структурных (проективное покрытие, фитомасса) и спектрально-отражательных характеристик пастбищной растительности аридных ландшафтов юга европейской части России по данным Sentinel-2 и MODIS. Наземные данные получены в мае 2020-2022 гг. в Астраханской, Волгоградской областях, Ставропольском крае, Республиках Калмыкия и Дагестан по стандартным геоботаническим методикам на площадках 10х10 м. Установлена значимая корреляция структурных характеристик с яркостью в каналах десятиметрового пространственного разрешения Sentinel-2 и вегетационными индексами NDVI, SAVI, PVI и EVI. Наиболее сильная значимая корреляционная связь фитомассы (R=0,74, p<0,001) и проективного покрытия (R=0,76, p<0,001) отмечена со значениями NDVI. Группировка растительных сообществ по жизненным формам преобладающих в фитоценозах видов на многолетние злаки, полукустарнички, однолетники и эфемероиды не увеличило силу связи структурных и спектрально-отражательных характеристик. Разбивка данных по годам исследований позволила получить более тесную связь NDVI, проективного покрытия и фитомассы. Использование метода непараметрической регрессии «Random forest» увеличило точность определения фитомассы (R2=0,62 против R2=0,55), но не проективного покрытия. Добавление в качестве признаков суммы осадков за предшествующий полученным наземным данным период и коэффициентов обратного рассеяния VV- и VH-поляризации по данным Sentinel-1 не принесло повышения точности. Также в работе использовались ежедневные данные MODIS NDVI с устраненным влиянием облачности, что позволило получить значения NDVI непосредственно на даты проведения полевых исследований. Это дало возможность получить более сильную связь структурных и спектрально-отражательных характеристик по сравнению с данными Sentinel-2, разница дат которых с наземными составляла до 12 дней. Для всех типов растительности характерна отрицательная связь проективного покрытия и яркости в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, обусловленная более яркой относительно растительного покрова почвой. Таким образом, спектрально-отражательные характеристики определяются не только фотосинтезирующей фитомассой, но и степенью перекрытия почв растительностью, в том числе высохшей. Это может приводить к неопределенностям и снижать силу связи между структурными и спектрально-отражательными характеристиками.

Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учёта данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (госрегистрация № 124060500032-7). Полевые исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ (проект 19-35-60007). Обработка данных ДЗЗ осуществлялась с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2015), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8).