Разработка алгоритма оценки компонент углеродного баланса растительного покрова России на основе спутниковых данных MODIS

Оценка переменных углеродного баланса GPP/Reco (поглощение углерода в процессе фотосинтеза и высвобождение при дыхании) растительного покрова России является сложной научной и важной государственной задачей мониторинга экосистем, в особенности в условиях изменения климата. В России ряд научных коллективов проводят долговременные наземные измерения NEE (чистый экосистемный обмен) с использованием газоанализаторов, смонтированных на измерительных вышках. Однако, ввиду ограничений пространственно-временного охвата наземных измерений решение данной задачи требует также формирования временных рядов продуктов баланса углерода на основе технологий ДЗЗ. В данной работе приведены предварительные результаты разработки в ИКИ РАН алгоритма оценки продукта GPP/NEE для растительного покрова России. За основу взят NASA алгоритм MOD17, который рассчитывает GPP глобально на основе методики “эффективности поглощения солнечной энергии растительным покровом” (Running and Zhao, 2021). В отличие от широко распространенных в настоящее время алгоритмов машинного обучения для расчета углеродного баланса, данный алгоритм имеет фундаментальную физическую основу (модель растительных экосистем, BIOME-BGC, White et al, 2000). Данный подход эффективен для расчета поглощения, однако моделирование дыхания экосистем выполнено со значительными допущениями, что создает основную сложность для дальнейшего развития алгоритма. В данной работе мы создали систему потокового расчета компонент баланса углерода на основе базового алгоритма MOD17, где входными данными являются временные ряды а) глобальной климатологии продукта NASA MERRA2 и б) ИКИ ДЗЗ продукты рассчитанные на основе измерений прибора MODIS и оптимизированные для России: PFT (тип растительного покрова), LAI (индекс листовой поверхности) и FPAR (доля солнечного излучения поглощенного растительным покровом). Калибровка и валидация алгоритма осуществляется с использованием наземных данных газоанализаторов сети FLUXNET, RUFLUX, а также другими российскими источниками (Куричева и др., 2023). В данной работе представлены результаты предварительного анализа работы базового алгоритма, его ограничения и намечены пути дальнейшего его развития.

Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учёта данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (госрегистрация № 124060500032-7). Обработка данных ДЗЗ проводилась с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 01.20.0.2.00164).