Оценка значений критических температур начала вегетации разных типов растительного покрова на основе временных рядов NDVI и данных метеорологических наблюдений

Продолжительность вегетационного сезона является важной биоклиматической характеристикой, определяющей продуктивность наземных экосистем, параметры процессов энергомассообмена между поверхностью суши, атмосферой и другими компонентами геосистемы.
В настоящей работе, проводимой ИКИ РАН совместно с ГЦ РАН в рамках проекта CLIVT при поддержке Microsoft Research, предложен подход, основанный на совместном использовании данных спутниковых и метеорологических наблюдений, для оценки критических значений температур, соответствующих началу активной фазы весеннего развития различных типов растительного покрова.
Для анализа состояния растительности использовался нормализованный разностный индекс NDVI, вычисленный с использованием спутниковых данных прибора SPOT-Vegetation, имеющих пространственное разрешение 1,15 км и охватывающих регион с координатами 42-75 С.Ш. и 5-180 В.Д. за период с апреля 1998 года по декабрь 2007 года. Для устранения остаточных шумов к значениям временного ряда NDVI был применён разработанный в рамках данной работы алгоритм сглаживания локальных «провалов» методом линейной интерполяции внутри скользящего окна переменной длины.
Предложенный в данном исследовании метод определения начала вегетационного сезона основан на выполнении следующих условий: (i) вегетационный индекс имеет прирост за два последовательных промежутка времени; (ii) значение NDVI превышает экспериментально полученное фиксированное пороговое значение, соответствующее полностью лишенной растительного покрова открытой почве; (iii) значение NDVI превышает пороговое значение, задаваемое в ячейках регулярной сети с учетом типов растительного покрова, в качестве которого принимается величина вегетационного индекса, соответствующая, согласно уравнению экспоненциальной аппроксимации, переходу температуры воздуха через 0°С; (iv) средняя температура воздуха в заданном временном интервале, начиная с текущего момента наблюдения, должна принимать положительные значения.
Анализ определенных таким образом данных о моментах наступления вегетационного сезона открывает принципиально новую возможность оценки критических значений температуры воздуха, необходимой для начала весеннего роста различных типов растительности.
Полученные значения критической температуры имеют высокий уровень среднеквадратического отклонения. Для получения более точных оценок необходимо проведение дополнительных исследований с использованием спутниковых данных с более высоким временным разрешением.