Исследование влияния метеоявлений на радиолокационные изображения растительных покровов Подмосковья

Информационная эффективность данных дистанционного зондирования со спутников для решения широкого круга задач мониторинга лесов сейчас не вызывает сомнений у большинства ученых и специалистов в этой области. Сохранение и рациональное использование лесных угодий является необходимым условием обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития как на региональном, так и на федеральном уровне [1]. Данная работа посвящена решению одной из наиболее актуальных проблем мониторинга растительных покровов — картированию лесов, анализу их состояния и мониторингу процессов обезлесивания.
В исследовании сезонных изменений растительных покровов Подмосковья использованы данные радиолокатора PALSAR, установленного на борту японского космического аппарата ALOS, за период с июня 2006 года по октябрь 2010. Проанализированы 28 снимков, полученных в разное время года и при разных метеорологических условиях. Данные о температуре воздуха, облачности и осадках получены из открытого интернет-архива погоды [2]. В пределах тестового участка находятся ненарушенные лесные массивы, участки лесоповала после ураганного вывала леса, а также участки елового леса, пораженного жучком-типографом. В зоне съемки находятся также урбанизированные территории, безлесные территории с различным режимом землепользования и водоемы.
Прослежены закономерности изменения удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) растительных покровов в течение вегетационного периода в 2007-2009 гг., а также в аномально жаркий и сухой период летом 2010 года. Обнаружена зависимость динамики УЭПР в течение вегетационного периода от преимущественного видового состава леса (сосна, берёза), а также отмечено заметное снижение УЭПР во время зимних морозов для всех типов леса. Отмечено стойкое различие в уровне УЭПР между сосновым и берёзовым лесом. Подтверждена возможность использования радиолокационных данных для детектирования и мониторинга районов лесных вырубок, а также изменения состояния леса вследствие поражения насекомыми-вредителями: высыхающий лес имеет тенденцию к постепенному снижению УЭПР. Помимо известной зависимости УЭПР от температуры в зимнее время года [3,4], выявлены различия в зависимости этой величины от толщины снежного покрова. Корреляция УЭПР леса и поля с температурой воздуха зимой весьма высока (коэффициент корреляции Пирсона составляет 0.9), при этом имеется заметно меньшая обратная корреляция с глубиной снежного покрова (-0.5). повреждённый лес продемонстрировал худшую (по сравнению со здоровым лесом и полем) корреляцию УЭПР с температурой (0.6) и лучшую ― со снегом (-0.8).
Таким образом, данные РСА L-диапазона позволяют проводить надёжную классификацию типов растительных покровов, однако при классификации и оценке биофизических свойств леса следует учитывать сезонность наблюдений и метеоусловия в день съёмки, а также климатическую обстановку в регионе в целом. Показано, что по данным длинной серии радиолокационных наблюдений Земли в L-диапазоне возможно надежное разделение таких типов подстилающей поверхности как поле, лес и повреждённые участки леса. Для классификации этих 3 типов подстилающих покровов необходимо использовать временную серию снимков, что позволяет классифицировать каждый пиксел изображения по временному ходу его УЭПР. Такой способ классификации позволяет получать детальные карты классов с разрешением, немного уступающим исходному радиолокационному изображению.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (научный проект №16-29-09615 офи-м).