Экспериментальная оценка и анализ факторов климатически индуцированной динамики растительного покрова Северной Евразии на основе комплексного использования многолетних временных серий данных дистанционного зондирования со спутников и результатов метеорологических наблюдений
 
Согласно существующим предположениям наблюдаемые в последние десятилетия изменения климата оказывают влияние на наземные экосистемы. Проводимые в ИКИ РАН исследования направлены на изучение взаимосвязи глобальных климатических изменений и динамики растительного покрова Северной Евразии. В частности, ведется разработка методов оценки долговременной динамики характеристик растительного покрова и метеорологических параметров на основе совместного анализа многолетних рядов климатических и спутниковых данных.

В качестве исходных используются ряды данных приборов SPOT-Vegetation (пространственное разрешение - 1 км,  1998 - 2008 годы) и NOAA AVHRR (8 км, 1981 - 2006 годы), а так же метеорологическая база данных Национального центра прогнозирования окружающей среды (NCEP) и  Национального центра атмосферных исследований (NCAR) США (пространственное разрешение - 2.5°х2.5°, 1949-2006 годы, временная частота 6 часов).

Данные о динамике нормализованного разностного вегетационного NDVI были усреднены в ячейках регулярной сети 2.5°х2.5° по типам растительности с помощью карты наземных экосистем Северной Евразии и интегрированы с климатическими данными.

В исследовании предложен оригинальный метод определения границ фенологического периода по временным рядам значений NDVI с использованием метеорологических данных.

Получены фенологические и климатические показатели за вегетационный период, а также оценены  значения максимума фотосинтетической активности растительного покрова и даты его достижения в течение года.

Выявлены тренды всех полученных многолетних параметров, а также выделены тренды динамики показателей растительности, предположительно вызванные изменением климата за исследуемый временной интервал. 

Пространственные распределения направлений трендов вегетационных  показателей и обусловивших их трендов климатических показателей представлены на рисунке 1, а на рисунке 2 – объединённая для всех вегетационных показателей карта климатически обусловленных изменений растительного покрова.

Также был проведён анализ корреляции параметров динамики растительности с площадью солнечных пятен, осреднённых  для вегетационного сезона. Для каждого типа растительности выявляется своя специфика пространственного варьирования величины и знака коэффициента корреляции. Сделаны предположения о вероятности прямого или опосредованного (через изменения климата) воздействий флуктуаций солнечной активности на многолетнюю динамику растительности. Пространственное распределение данных связей представлено на рисунке 3.

Кроме того были выявлены участки с наличием трендов величины сезонного максимума фотосинтетической активности, для которых связи с климатом и с Солнечной  активности не установлено – представлены  на  рисунке 4.

Исследования по данному направлению также поддержаны Microsoft Resarch в рамках совместного проекта CLIVT.


 


Рис.1. Пространственные распределения направлений трендов показателей вегетации  и обусловивших их трендов климатических показателей (красный – положительно направленные тренды,  синий – отрицательно направленные тренды, жёлтый – разно направленные тренды)

 

Рис.2.  Карта климатически обусловленных изменений растительного покрова (красный – климатически обусловленные изменения растительности,  зелёный – не связанные с климатом изменения растительности, серый – участки без выявленных изменений растительности)

 

Рис. 3. Регионы с высокой вероятностью прямого воздействия флуктуаций солнечной активности на растительность (зелёный - высокая вероятность прямого влияния солнечной активности на растительность, красный - опосредованное через климат влияние Солнца на растительность,  серый – исследуемые участки растительного покрова)
 

Рис. 4. Независимые от солнечного и климатического влияния направления трендов MAX NDVI
 (красный - положительно направленные тренды, синий - отрицательно направленные тренды, серый – исследуемые участки растительного покрова)