Анализ результатов оценки показателей горизонтальной структуры древесного полога по данным спутниковой системы MODIS

Современные инструментальные возможности спутникового картографирования лесов характеризуются не только построением тематических продуктов в классификационных шкалах, но и наличием методов оценки количественных показателей лесного покрова, в том числе показателей его пространственной структуры. В Институте космических исследований Российской академии наук разработаны методы оценки показателей горизонтальной структуры лесов, таких как проективное покрытие древесного полога леса, лесистость и сомкнутость крона лесов, по данным прибора MODIS, полученных в период наличия снежного покрова (Ховратович 2020). На основании предложенных методов построены временные ряды картографических продуктов показателей горизонтальной структуры лесов на территорию страны с 2001 по 2019 годы.
Настоящая работа посвящена анализу построенных временных серий данных, оценке их согласованности с другими картографическими продуктами, в том числе зарубежными, полученными по другим методикам и с результатами картографирования лесного покрова по данным высокого пространственного разрешения. Проведенное сравнение карты проективного покрытия древесного полога лесов России по состоянию на 2010 год с глобальной картой проективного покрытия древесного полога леса TreeCover 2010 на основе данных Landsat демонстрирует высокую степень согласованности двух наборов данных. Средняя разность значений проективного покрытия древесного полога леса по всей выборке составила 0,21%. Исследование устойчивости полученного временного ряда значений проективного покрытия древесного полога леса показывает, что 91% выборки лесных классов имеет стандартное отклонение по времени менее 1%, а средняя устойчивость по всей выборке составляет 0,49%. Наименьшая устойчивость достигается при проективном покрытии древесного полога леса от 40 до 60%, которая соответствуют пикселям с близким или равным соотношением открытых и занятых лесом пространств. Оценка достоверности полученных результатов картографирования проективного покрытия древесного полога леса выполнена на основе результатов тематической классификации данных Sentinel-2 и Landsat для серии 281 тестового участка, равномерно распределенных по территории страны. Классификация проводилась по тематическим классам легенды карты растительности России, созданной в ИКИ РАН. С использованием построенного набора данных для каждого пикселя изображений MODIS была получена оценка его лесистости. Доля совпадения двух источников данных составила 85%, что говорит об ожидаемом наличии тесной корреляционной связи между проективным покрытием древесного полога леса и лесистостью.
Проведено сравнение карт лесистости территорий и растительного покрова России по состоянию на 2019 год, в результате которого доля совпадения двух продуктов составила 87%. Также выполнено сравнение построенной карты лесистости за 2017 год с данными о лесистости на территории сети тестовых участков, полученных на основе классификации спутниковых данных высокого пространственного разрешения Landsat 8-OLI и Sentinel-2. Построенная карта лесистости имеет точность совпадения 86,49% с данными лесистости на основе данных ДЗЗ высокого пространственного разрешения. Анализ данных показал, что наибольшие различия приходятся на территории, занятые кустарниковой растительностью, а также на участки с наличием выраженного горного рельефа местности. Соотнесение полученных данных о покрытой лесом площади с данными официальной статистики на уровне субъектов РФ за 2015 год также продемонстрировало высокий уровень согласованности (коэффициент корреляции 0.9). Рассчитанные тренды оценок покрытой лесом площади позволяют характеризовать динамику лесистости в разрезе лесничеств.
На основе полученных оценок сформированы картографические продукты пространственного распределение сомкнутости лесов в разрезе лесничеств для шести основных групп пород: темнохвойных, светлохвойных, мелколиственных и твердолиственных пород, лиственницы и кедрового стланика, на основе которых построено статистическое распределение значений сомкнутости для каждого из классов.
Дальнейшие направления исследований включают использование полученных оценок горизонтальной структуры лесов для прогнозирования восстановления лесной растительности на вырубках и гарях. Работа выполнена с использованием инфраструктуры Центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ЦКП "ИКИ-Мониторинг" (Лупян 2019) в рамках государственного задания ЦЭПЛ РАН АААА-А18-118052590019-7 при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №19-77-30015). Как основа для выполнения работ были использованы результаты различных научных проектов, в том числе, проекта РФФИ 17-05-41152 РГО_а.