Вегетационные индексы- принципы построения и приложения

Спутниковые системы Дистанционного Зондирования Земли (ДЗЗ) измеряют сигнал отраженного Землей солнечного излучения (Коэффициент Спектральной Яркости, КСЯ) в оптическом диапазоне спектра в ряде спектральных каналов. Выбор каналов осуществляется таким образом, чтобы наиболее полно охарактеризовать особенности (динамики) растительного покрова и минимизировать влияние атмосферы. С целью дальнейшего усиления информативности сигнала о растительности и снижении влияния побочных факторов (остаточного влияние атмосферы, КСЯ почвы, зависимости от геометрии наблюдений и т.п.), применяются математические комбинации значений КСЯ в отдельных спектральных каналах. Эти выражения называются спектральными вегетационными индексами. Для построения вегетационных индексов в основном используются КСЯ в видимой и инфракрасной областях спектра, т.к. отраженное излучение на этих длинах волн позволяет характеризовать общее состояние растительности, содержание в зелёной массе хлорофилла, азота, влаги (Gitelson, Merzlyak, 1997). С момента возникновения понятия вегетационного индекса ведется работа по совершенствованию их теоретической базы. Наиболее известным и широко употребляемым в приложениях индексом является Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), вычисляемый на основе красного и ближнего инфра-красного каналов. Анализ влияния КСЯ почвы на спектральные изолинии индекса привел к новой формулировке – Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI). Дальнейшее развитие теории позволило компенсировать также эффекты влияния атмосферы (в частности рассеяния и поглощения солнечного излучения на аэрозолях)- новый индекс получил название Enhanced Vegetation Index (EVI). Подчеркнем, что вегетационные индексы не являются биофизическими параметрами, они так же, как и КСЯ, остаются радиометрическими величинами. Биофизическим параметром, характеристикой плотности растительного покрова является индекс листовой поверхности, или Leaf Area Index (LAI). В данной лекции будет дан краткий обзор применений вегетационных индексов - для решения задач сельского хозяйства, экологии, метеорологии и моделирования климата. Также будут рассмотрены примеры некоторых значимых (по мнению автора) в историческом контексте работ по использованию вегетационных индексов для мониторинга растительного покрова - изменение границ пустыни Сахары в Центральной Африке в 80-х годах (Tucker et al, 1991), тренд зеленения лесного покрова северных широт Северной Америки и Евразии (Zhou, et al., 2002), сезонные вариаций растительного покрова вечнозеленых лесов Амазонии в Южной Америке (Myneni et al., 2007), и динамика покрытой лесом территории России (Барталев и др, 2016).