Анализ достоверности оценки высоты лесов по данным ICESat-2 с уровнем пространственной детальности 20х14 м на основе сравнения с результатами наземных измерений

Для мониторинга лесов на больших территориях используются данные, полученные с использованием методов Дистанционного Зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса. Высота лесного покрова является одной из его ключевых характеристик и используется для решения различных прикладных и научных задач, в частности связанных с оценкой бюджета углерода лесов России. Оценка вертикальной структуры растительности на больших территориях может выполняться при использовании непосредственных спутниковых лидарных (Lidar – Light Detection and Ranging, обнаружение и определение дальности с помощью света) измерений объектов земной поверхности.

Стандартный продукт ATL08 данных ATLAS/ICESat-2 предоставляет информацию о распределении высоты лесного покрова на участках земной поверхности размером 100×14 м (Neuenschwander et al., 2021). В одном из последних обновлений набора данных разработчики добавили дополнительную информацию о высоте лесного покрова в пределах сегментов 20×14 м. Поскольку технология оценки высоты в данных ATL08 основана на детектировании отдельных отраженных фотонов и анализе формируемого ими облака точек, повышение пространственной детальности может привести к снижению точности в силу уменьшения размера сегмента и соответственно количества фотонов, доступного для оценки характеристик распределения высот растительности. С другой стороны, увеличение общего количества сегментов и их относительно небольшой размер позволяют более эффективно исследовать участки лесного покрова различной формы/размера и характеризовать неоднородность высоты в их пределах, а также уменьшить влияние краевых эффектов при совместном использовании с данными ДЗЗ растрового формата.

В рамках выполненных исследований проведена предварительная обработка данных ATL08, направленная на преобразование исходных данных о высоте лесов на уровне сегментов 20х14 м и ее неопределенности из иерархического формата (Hierarchical Data Format, HDF5) в точечный векторный формат (point – shapefile) для дальнейшего геоинформационного анализа, а также извлечение вспомогательной информации об условиях проведения лидарных измерений: атмосферное влияние, наличие снежного покрова на земной поверхности, время (день/ночь) и дата измерения, а также тип используемого лазерного луча прибора ATLAS (сильный/слабый). Выполнен анализ влияния вышеуказанных факторов на точность оценки высоты лесного покрова на территории России на основе сравнения с данными наземных измерений.
Полученные результаты демонстрируют возможность достижения согласованности лидарных оценок высоты лесов для сегментов 20х14 м и данных наземных измерений на уровне RMSE 0,5 и позволяют определять критерии выбора наиболее достоверных лидарных измерений для дальнейшего анализа.
Исследование выполнено в рамках проекта РНФ № 19-77-30015. Обработка данных ДЗЗ проводилась с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8).