Использование данных дистанционного зондирования Земли для моделирования ареала карликовой березы (Betula nana) на севере Западной Сибири

Развитие полевого и дистанционного изучения растительности Арктики, а также наблюдающееся изменение климата, обосновывают актуальность уточнения геоботанического районирования северных территорий России. Большинство авторов принятых схем районирования тундровой растительности указывает на то, что северный предел распространений карликовой березы (Betula nana) маркирует границу между арктическими и субарктическими (типичными) тундрами.
Появление новых данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и развитие геоинформационных технологий обеспечило возникновение новых возможностей для картографирования ареала карликовой березы, в частности экологическое моделирование. В данном подходе ареал представляет собой функцию от переменных – факторов среды. Метод позволяет найти связь между локациями находок вида (точками) и значениями факторов среды (растровыми данными), отражающими в местах находок экологические предпочтения вида. Основываясь на точках находок вида и значениях факторов среды, построенная модель рассчитывает вероятность нахождения живых организмов на всей изучаемой территории с помощью различных статистических методов, выявляя, таким образом, структуру картографируемого ареала. В данной работе используется программа MaxEnt, в которой реализован метод максимальной энтропии.
База данных с координатами находок Betula nana была составлена по материалам полевых экспедиций ИПЭЭ РАН 2017, 2018 гг., архивов AVA, GBIF и Гербария МГУ. Для характеристики факторов среды использован набор биоклиматических данных CHELSA - модели, основанной на результатах реанализа ERA. Биоклиматические переменные CHELSA являются производными от среднемесячного и максимального значения средней температуры воздуха и средней величины осадков.
Известно, что данные реанализа часто имеют проблемы в полярных областях, поэтому для более точного моделирования факторов распространения карликовой березы был использован продукт EarthEnv, Набор данных EarthEnv содержит 14 метрик, количественно определяющих пространственную неоднородность глобальной среды обитания, созданных на основе структурных особенностей изображений Enhanced Vegetation Index (EVI), полученных с помощью спектрорадиометра MODIS.
Для тундровых растений температура поверхности земли является ключевым фактором среды и часто имеет гораздо большее значение, чем температура воздуха на высоте 2 м над землей. Для того, чтобы включить в модели эту характеристику, были созданы растры среднемесячной температуры поверхности земли в июле по данным продукта MOD11A2 MODIS Terra Land Surface Temperature за весь период наблюдения – с 2000 года по 2019 включительно. На основе этого продукта также были созданы растры, отражающие количество дней с наличием температур на поверхности больше +4˚С (соответствует границе физиологической сухости растений).
Использование данных ДЗЗ вместе с традиционными наборами климатических данных на основе реанализа позволило существенно улучшить качество моделирования. В результате работы создана карта ареала Betula nana на территорию тундровой зоны Западной Сибири, основанная на наиболее полных существующих наборах данных. В дальнейшем полученная информация о структуре ареала будет использована в исследовании актуального положение границы арктических и субарктических тундр.