Сезонная информативность многоспектральных космических снимков высокого разрешения при изучении породно-возрастной динамики лесов

После интенсивных рубок ельников Русской равнины лесовосстановление на вы-рубках в сложных типах леса, как правило, происходит за счет лиственных пород (береза, осина и др.). Со временем, однако, наблюдается постепенная смена лиственных древосто-ев еловыми. Оценка хода лесовосстановления и интенсивности смены пород в послеру-бочный период является важной лесоводственной задачей. Применение космических снимков для этих целей позволяет использовать в качестве признаков восстановительной динамики нарушенных лесов характеристики спектральной яркости мультиспектральных снимков. Эти характеристики, наряду с давностью рубок, долей участия лиственных по-род и возрастом насаждений, относящихся к однородной группе типов леса, могут быть сгруппированы в эколого-динамические ряды и обработаны статистическими методами.
Территория лесного массива, выбранного в качестве модельной территории (Кост-ромская область), обеспечена снимками ETM+/Landsat7 (съемки 24 апреля, 6 мая, 8 июля, 6 сентября и 24 сентября), HRVIR/SPOT4 (14 августа) и ASTER/Terra (10 сентября). Даты съемок сопровождались метеорологической информацией о сроках начала вегетационного периода. Возраст насаждений и давность мест рубок корректировались с учетом года космических съемок.
Космические изображения ETM+/Landsat7 были представлены в спектральных ка-налах оптического диапазона: видимом (B, G, R), ближнем инфракрасном (NIR) и среднем инфракрасном (SWIR1 и SWIR2). Каналы B и SWIR2 отсутствовали в мультиспек-тральных изображениях HRVIR/SPOT4, а изображения ASTER/Terra были представлены спектральными каналами оптического диапазона G, R и NIR.
В каждом спектральном канале для лесных участков (лесотаксационных выделов), вошедших в эколого-динамические ряды, рассчитывались суммарные интегральные пока-затели: средняя яркость пикселов изображения и их стандартное отклонение. Помимо значений яркости изображений лесных участков были использованы различные индексы в виде зональных отношений типа NDVI, SR, MSI, Green NDVI, ARVI и др.
Статистический анализ породно-возрастной структуры на основе оценки нелиней-ной связи возраста (А) послерубочных лесных экосистем и доли участия лиственных по-род (L) в составе насаждений со значениями спектральной яркости космических изобра-жений и зональных отношений проведён с помощью квази-ньютоновского метода, позво-ляющего получить устойчивые оценки параметров модели кусочно-линейной регрессии (программный пакет Statistica 6.1). Результаты программной реализации включали исход-ные данные А и L, их предсказанные значения и расхождения между ними, что позволило определить как результат дешифрирования при заданной величине ошибки и суммарную вероятность ошибки, так и сформировать представительные обучающие выборки для классификации изображений – основного метода количественного анализа данных дис-танционного зондирования.
При обработке эколого-динамических рядов (их общее число составило 30) уста-новлено, что в период с мая по конец сентября могут быть получены устойчивые кусочно-линейные регрессионные связи со значениями спектральной яркости изображений космических снимков. Показатели тесноты связи, равные 0,75-0,85, достигаются при определении возраста послерубочных лесных экосистем и насаждений, и 0,85-0,94 - при определении доли лиственных пород в составе насаждений. При расчетах выбиралась такая комбинация переменных кусочно-линейной регрессии, при которой обеспечивалась наибольшая корреляция А и L каждого эколого-динамического ряда с изобразительными свойствами сезонных космических снимков.
Анализ комбинаций переменных величин регрессионных моделей показал, что в их составе, независимо от сезона космической съемки, наибольшую роль имеют значения яркости спектральных каналов NIR и SWIR1. Для весенних снимков, кроме указанных, важными являются значения яркости изображения спектрального канала G и индексов SWIR1/G и SWIR2/SWIR1. При оценке информативности летних космических снимков за-метно увеличение тесноты связи А и L со значениями спектральной яркости изображений при использовании наряду с индексами SWIR1/G и SWIR2/SWIR индексов NDVI и Green NDVI, а при обработке осенних изображений – сложного индекса EVI, при расчете которого использовались значения яркости спектрального канала B.
Состав переменных величин и их информативность зависит не только от особенностей сезонной космической съемки, но и различий лесорастительных условий, характерных для разных групп типов леса. Так, в травяно-болотной группе, в отличие от лесов зеленомошной группы, насаждения из-за повышенной влажности почв более разреженны, в подлеске и напочвенном покрове немало влаголюбивой растительности с высоким содержанием воды в листьях. В связи с этим растительность этой группы типов леса отличается повышенной отражательной способностью в спектральных каналах SWIR1 и SWIR2, которая зависит от уровня содержания влаги в хвое и листьях.
Проведенные эксперименты позволяют отметить, что определение показателей по-родно-возрастной структуры послерубочных лесных экосистем возможно при измери-тельном дешифрировании космических снимков высокого разрешения, полученных в те-чение вегетационного периода. Основной задачей является поиск наиболее информатив-ных комбинаций переменных величин регрессионных моделей с учетом особенностей лесорастительных условий роста и развития лесной растительности.