Анализ локальных вариаций динамики растительности по серии временных рядов ДДЗЗ с учетом геолого–геоморфологических особенностей юга Западно-Сибирской равнины

Изучение пространственно-временных закономерностей реакции региональных и местных экосистем на глобальные изменения природной среды и климата невозможно без использования количественных моделей, описывающих фактический материал, отражающий динамику растительности, почв и др. Для юга Западной Сибири разрабатывается методика анализа трансформации растительности в зависимости от климатических колебаний. Исследование ориентировано на лесостепные, степные территории Обь-Иртышского междуречья. Для ландшафтов этого региона характерна повышенная чувствительность растительности к иссушению/увлажнению климата (Безуглова и др., 2014). Несмотря на крайне низкую расчлененность юга Западно-Сибирской равнины, растительность, реагируя на климатическую динамику, относительно быстро мигрирует с одних форм рельефа на другие. Поэтому учет геоморфологического строения территории является необходимым условием для мониторинговых исследований и прогнозов.
Разрабатываемая методика основывается на автоматическом картографировании форм и типов рельефа с использованием распознавания образов по морфометрическим показателям, построенным при обработке SRTM (Чупина, Зольников, 2016). Для изучаемой территории выделяются гривный, равнинный, гривно–озерный, озерный типы рельефа. Каждый из них делится на авто- и гидроморфные подтипы на основе использования отклонений значений ЦМР от усредненного тренда рельефа. Гидроморфным подтипам соответствуют отрицательные значения отклонений и вогнутые формы рельефа, испытывающие на себе влияние дополнительного поверхностного увлажнения и грунтовых вод. К автоморфным подтипам относятся территории с положительными значениями этого показателя, которые развиваются вне связи с грунтовыми водами в более сухих условиях. Полученная шкала ранжирования типов рельефа по гидроморфности/автоморфности на основе экспертной оценки охарактеризована по степени уязвимости к негативным экзогенным процессам, в зависимости от тренда увлажненности/иссушенности климата. На этой основе строятся схемы уязвимости территории в зависимости от климатических изменений.
Для подбора временных рядов ДДЗЗ были проанализированы климатические данные, предоставленные Институтом водных и экологических проблем (ИВЭП СО РАН), а также данные, полученные из открытых источников (https://rp5.ru). Собранная информация позволила построить графики количества осадков по трем метеостанциям, попадающим в район исследования. Для предварительных исследований были выбраны 2002 год в качестве влажного, и 2003 – в качестве засушливого. Затем для анализа локальных вариаций динамики растительности были подобраны серии снимков MODIS. Продукты: MOD13, MOD15, MOD17. Для каждого из параметров строится растр пространственно-временной изменчивости. После этого рассчитывается пространственная корреляция полученного растра и схем уязвимости территории. На основе предварительных данных было выявлено, что взаимосвязь растительности и форм рельефа с учетом увлажненности более эффективно рассматривать по данным MOD17 - Net Primary Productivity (NPP). Была получена прямая закономерность: во влажный год продуктивность имеет высокие показатели, тогда как в засушливый год это показатель значительно падает. Для влажного года (2002) большая часть территории характеризуется биопродуктивностью 600-700, в отдельных местах достигая значения 800. Для 2003 года (сухой) наблюдается значительное понижение биопродуктивности до значений в районе 500-600 и 400-500. Соответственно, разница этих двух сеток в центральной части достигает 300-500, а в отдельных местах резкое снижение с разницей 500-700. Если рассматривать динамику первичной продуктивности для растительности, распределенной на разных формах рельефа, то наблюдается наибольший размах изменчивости этого параметра на территории речных долин и палеоозер (около 50%), в то время как для равнин и грив — не превышает 40%. Таким образом, можно сделать вывод о том, что разрабатываемая методика перспективна как для прогнозного моделирования трансформации природно-территориальных комплексов (в интересах рационального природопользования), так и для ретроспективной верификации прогнозных моделей на основе временных серий космоснимков.
Анализ локальных вариаций динамики растительности по серии временных рядов ДДЗЗ выполнен в рамках государственного задания, проект № 0330-2015-0001; схемы уязвимости территории в зависимости от климатических изменений получены при финансовой поддержке РФФИ, проект №16-35-00409 мол_а.