Спектральные характеристики трансформированных ландшафтов севера Красноярского края на данных съемки Landsat

Высокие темпы освоения территории криолитозоны Сибири в дополнение к прогнозируемым климатических изменениям могут быть причиной трансформации значительных территорий арктических экосистем. По оценкам северные территории Сибири характеризуется наибольшими темпами климатических изменений по сравнению с общемировыми трендами.
Для оценки состояния территории, наблюдения динамики, а также прогноза возможных изменений эффективно использовать данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в комплексе с материалами наземных исследовании. Такой подход актуален для разработки систем долговременного контроля трансформированных экосистем [2, 3].
Территория исследования расположена в пределах Норильского промышленного района Красноярского края (север Средней Сибири, 69,4 с.ш., 86,8 в.д.). Материалы спутниковой съемки были привязаны к участкам с предварительно заложенными в 2023 году пробными площадями (ПП): ПП Боганида (участок в фоновом состоянии), ПП Оганер, участка в районе реки Норильская (участок с признаками трансформации напочвенного покрова).
В исследовании использовались данные Landsat–8 (OLI/TIRS) (https://earthexplorer.usgs.gov, дата обращения 01.08.2024) за летний период 2016–2023 год. Состояние участков и характеристика классов предварительно определяли на основе данных полевых обследований за июнь–август 2023 года. Классификация и проверка точности результатов проводилась с применением стандартных методик [1]. Для выделяемых классов анализировалась вариативность теплового индекса (LST), а также вегетационного индекса (NDVI), расчет которых выполнялся по стандартным общеупотребимым методикам.
В результате получена классификация компонентов ландшафтов района исследований, включающая 11 классов. К естественным классам были отнесены кустарничковая тундра, долинные комплексы лиственничников и ельников, кустарничковая тундра с редколесьем, аллювиальные отложения, мелкотравянистая тундра и открытые участки, гольцы и открытые участки, водные объекты. Также выделены классы трансформированного состояния растительности: трансформированные участки тундры, техногенно–нарушенные ландшафты, трансформированный участок (техногенно-минерализованная почва), инфраструктура.
Показано, что на фоновом участке доля классов с признаками трансформации составляет не более 9%, а на участке, относимом к сильно трансформированным – более 50% в попиксельном измерении. Точность классификации составила 70% в зависимости от детализации классов, уровня генерализации, а также от уровня экспертной корректировки на основе доступных данных натурных обследований. Зафиксирован коэффициент Каппа на уровне k=0,56.
Детализирована вариативность спектральных индексов для двух вариантов растительного покрова – мохово-лишайниковая тундра (ПП Боганида) и разряженный древостой (ПП Оганер).
В условиях внешних воздействий (аэротехногенное загрязнение) значения индекса NDVI характеризовались снижением значений на трансформированном участке тундры (ПП Боганида) в среднем на 39%, и в тоже время превышение значений LST составляло не менее 4% относительно фоновых значений. Для ПП Оганер с присутствием древостоя при трансформации после техногенного воздействия зафиксировано снижение NDVI на 6% относительно фона и LST на 7,3%, связанного с особенностями почвенного строения и растительного покрова.
Таким образом, характеристики аномалий спектральных индексов значительно различаются в условиях тундровых участков и участков с трансформацией растительного покрова. Эти оценки могут быть востребованы в дальнейшем при разработке систем комплексного контроля состояния и степени деградации территорий криоитозоны Сибири.
Исследования выполнены за счет средств гранта Российского научного фонда №23-14-20007, https://rscf.ru/project/23-14-20007, Красноярского краевого фонда науки