Разработка критериев, методов и технологии выявления климатически индуцированной динамики бореальных экосистем по данным спутниковых наблюдений.

Изменения климата вносят весомый вклад в динамику наземных экосистем, но часто их влияние достаточно сложно отделить от различных факторов, в том числе антропогенных, которые также оказывают воздействие на состояние растительности. К таким факторам, например, относятся техногенные загрязнения, изменения режимов землепользования, лесохозяйственная деятельность и др. Совместный анализ объективных данных о состоянии растительности, полученных на основе спутниковых наблюдений, данных долгосрочных метеорологических наблюдений, а также результатов моделирования региональных климатических изменений направлен на выявление взаимосвязей климатических изменений и состояния растительного покрова.

Решению этой задачи посвящен исследовательский проект Института космических исследований и Геофизического центра (ГЦ) Российской академии наук в сотрудничестве с Microsoft и Microsoft Research. Результаты проекта позволят получить дополнительную информацию для изучения последствий также человеческой деятельности и ее влияния на экосистемы, а также, возможно, построить долгосрочные прогнозы динамики экосистем в отдельных регионах, вызванных климатическими изменениями.

ГЦ РАН создает сверхбольшие базы данных по истории климата, в то же время ИКИ РАН разрабатывает методы дистанционного зондирования растительности. В связи со стремительным ростом объема данных появилась необходимость в больших вычислительных ресурсах и новых технологиях для их хранения и обработки. Параллельный вычислительный кластер из 12 узлов и программная платформа предоставлены Microsoft. В ходе реализации проекта планируется объединить обширные архивы спутниковых изображений и исторических данных (общим объемом порядка 10 Тбайт) о динамике растительности и климата на территории Северной Евразии для изучения их взаимосвязи.

В рамках проекта ГЦ РАН и ИКИ РАН развивают методы и создают инструментарий для совместного анализа климатических данных и информации о состоянии растительности, полученной на основе спутниковых наблюдений, проводят анализ состояния и динамики наземных экосистем в нескольких тестовых регионах России.

Разработана методика построения временных серий спутниковых данных SPOT-Vegetation с пространственным разрешением 1,15 км, очищенных от влияния мешающих факторов (аппаратные шумы, снежный и облачный покров).  Проведен анализ информативности нормализованного разностного индекса растительности (NDVI) и оптимизированного вегетационного индекса OVNI, минимизирующего влияние атмосферы и геометрических условий наблюдений поверхности. Проведена пространственная и временная фильтрация данных спутниковых наблюдений. Временные серии значений вегетационного индекса позволяют определить динамику фотосинтетической активности растительного покрова в течение вегетационного сезона, и, в частности, такие характеристики, как начало и продолжительность вегетационного сезона.

Разработаны алгоритмы оценки начала и длинны вегетационного периода.  Анализ данных о динамике значений вегетационного периода позволит получить сведения о тенденциях изменения состояния растительности в 1998-2007 гг.  Пример изображения значений длины вегетационного периода по данным прибора SPOT-Vegetation в 1999 году представлен на  рисунке 1.



 
                                                   0                                                                           28  

                 
Рис. 1 Пример оценки значений длины вегетационного периода (в декадах) по данным наблюдений прибором SPOT-Vegetation в 1999 году