Развитие методов спутникового мониторинга бореальных экосистем в связи с изменениями климата.
Развитие методологии картографирования наземных экосистем Северной Евразии по спутниковым данным среднего пространственного разрешения.

 

• Проведен комплекс разработок по развитию метода построения очищенных от влияния облачного покрова теней и аппаратных сбоев композитных изображений с использованием ежедневных спутниковых данных Terra/Aqua-MODIS с разрешением 250 и 500 метров. Для пространственной и временной фильтрации данных наблюдений используются данные о величине пространственного разрешения в зависимости от угла наблюдений, а также разработанные алгоритмы детектирования облачного покрова, теней от облаков и снега на наблюдаемой поверхности. Временные серии такого рода композитных продуктов дают значительные преимущества при решении ряда не требующих высокой оперативности задач мониторинга растительного покрова и позволяют изучать фенологическую и межгодовую динамику растительности. Их использование эффективно при построении карт растительности, выявлении вырубок лесов, оценки последствий повреждений лесов пожарами и насекомыми, а также во многих других приложениях спутникового мониторинга. Примеры композитных изображений, полученных для различных периодов вегетационного сезона, приведены на рисунке 1.
  
  
  
  
  
  Рис. 1 Примеры композитных изображений по данным ежедневных наблюдений прибором Terra-MODIS.

 

• Проведена теоретическая и экспериментальная работа, направленная на создание алгоритма автоматизированного построения карт наземных экосистем с обучением по опорным данным. В качестве опорных данных используется созданная ранее в ИКИ РАН карта наземных экосистем Северной Евразии, полученная по спутниковым данным прибора SPOT-Vegetation с пространственным разрешением 1 км. В качестве входных спутниковых данных для построения обновленной карты используются композитные изображения Terra-MODIS с пространственным разрешением 250 м. Различное пространственное разрешение, наличие изменений в растительном покрове, а также возможные ошибки в опорной карте затрудняют ее непосредственное использование для определения спектральных характеристик различных типов экосистем. Поэтому для построения обучающей выборки разработана методика автоматической фильтрации участков, не содержащих изменения в экосистемах или ошибок классификации. Полученная обучающая выборка охватывает Европейскую часть территории России и может быть расширена на территорию Северной Евразии. Классификация экосистем осуществляется методом максимального правдоподобия. В силу наличия зональных различий в спектральных характеристиках экосистем используемые для классификации сигнатуры являются пространственно зависимыми и определяются по обучающей выборке в пределах скользящего окна. Сравнение результатов классификации некоторых типов наземных экосистем по данным SPOT-Vegetation и Terra-MODIS представлено на рисунке 2.
  
  
  
        
  
  Рис. 2 Сравнение результатов классификации некоторых типов наземных экосистем по данным SPOT-Vegetation и Terra-MODIS.

 

• На примере Европейской части России проведен комплекс исследований по разработке метода автоматического детектирования изменений в лесах, прежде всего связанных с воздействием импактных факторов (таких как вырубки и пожары) по данным наблюдений прибором MODIS. Для проведения исследований использовались данные ежедневных спутниковых наблюдений в период 2002 - 2005 годов.  Выполняемая на первом этапе метода предварительная обработка спутниковых данных включает построение очищенных от влияния облачного покрова помесячных композитных изображений и их контекстную яркостную нормализацию для компенсации влияния межгодовых различий фенологической динамики растительности. Благодаря использованию адаптивных пороговых критериев процедура контекстного детектирования позволяет выявлять изменения в лесах на большой территории. Тематическая интерпретация изменений происходит на  основе анализа временных профилей спектральных яркостей. В результате работы использования метода построена карта вырубок и гарей в лесах Европейской части России за период с 2002 по 2005 год (рис. 3).  
  
  
  
  
  
  Рис. 3 Пример выявления вырубок в лесах по данным MODIS.
  
   
• Проведен комплекс научных исследований, позволивших создать новый метод и технологию картографирования повреждений растительного покрова пожарами на основе ежедневных данных наблюдений спутниковым инструментами Terra/Aqua-MODIS. Данные Terra/Aqua-MODIS позволяют с большей точностью и оперативностью выявлять пройденные огнем площади. Разработанный метод был апробирован на территории Сибирского региона и показал значительные преимущества, по сравнению с результатами работы технологии, основанной на декадных данных прибора SPOT-Vegetation. Этим положено начало формированию  уточненной базы многолетних данных о воздействии пожаров на бореальные экосистемы с разрешением 500 метров. Дальнейшие работы в данном направлении связаны с распространением географического охвата использования метода на глобальный уровень бореальных экосистем планеты. Сравнение результатов выявления повреждений растительного покрова Центральной Сибири пожарами 2003 года по  данным спутниковых  наблюдений SPOT-Vegetation и MODIS представлено на  рисунке 4.

 



по данным SPOT-Vegetation

 


по данным Terra-MODIS

Рис. 4 Выявление участков повреждения растительного покрова Центральной Сибири пожарами в 2003 году по различным данным спутниковых наблюдений.