Оценка продуктивности пойменных лугов по данным наземных измерений и спутниковой съемки MODIS и TROPOMI

Валовая первичная продукция (GPP, gross primary production) является одним из ключевых показателей углеродного цикла экосистем. Этот параметр характеризует количество углекислого газа, усвояемого растительностью из атмосферы в процессе фотосинтеза за единицу времени на единицу площади. В настоящее время для оценки GPP применяются три основных подхода: непосредственные измерения in situ, использование результатов спутниковой съемки и математическое моделирование. Первый из них, основанный на применении методов вихревой ковариации/турбулентных пульсаций, камерных или градиентных, позволяет оценивать целевой параметр наиболее точно, но в пределах ограниченной территории с радиусом 100 – 2000 м от места расположения приборов. Для оценки GPP в региональном и глобальном масштабах используются результаты дистанционного зондирования Земли из космоса. При этом наибольшее распространение получили методики на основе расчета коэффициентов эффективного использования света (LUE, light use efficiency) [1] и с привлечением результатов измерений флуоресцентного излучения хлорофиллом, индуцированного солнечным светом (SIF, solar-induced fluorescence) [2]. В качестве вспомогательной информации привлекаются биофизические индикаторы растительности (например, вегетационные индексы) и температурно-влажностные параметры окружающей среды. Преимущество подхода, основанного на измерениях SIF, состоит в том, что он напрямую характеризует интенсивность процесса фотосинтеза, а не базируется на эмпирических предположениях о наличии линейной связи между поглощенной растениями фотосинтетически активной радиацией и GPP. Однако для оценки достоверности спутниковых методов восстановления GPP и повышения их эффективности для различных экосистем требуется проведение валидации полученных продуктов по данным измерений in situ.
В докладе представлены результаты сравнительного анализа оценок GPP, полученных для экосистемы пойменных лугов в районе обсерватории «Фоновая» (ИОА СО РАН) в Томской области на основе измерений in situ, и результатов спутниковой съемки приборами MODIS и TROPOMI за период с мая по сентябрь 2018-2024 гг. Обсерватория «Фоновая» расположена на восточном берегу реки Оби, высота над уровнем моря 139 м, тип биогеоценоза – однородный разнотравно-злаковый луг, почва – аллювиальная серогумусовая (дерновая глеевая). Мониторинг потоков парниковых газов в системе почва-атмосфера в течение вегетационного периода осуществляется с использованием комплекса, состоящего из газоанализатора Picarro G2508 и статических камер [3]. Величина GPP восстанавливается на основе измерений дыхания экосистемы (ER, ecosystem respiration, непрозрачная камера) и нетто-экосистемного обмена (NEE, net ecosystem exchange, прозрачная камера) с периодичностью 20 мин. Камеры открываются и закрываются автоматически, а газоанализатор работает в режиме рециркуляции с использованием вакуумного насоса Picarro A0702 с обратной связью. Спутниковые оценки GPP извлекаются из продукта MYD17A2HGF (прибор MODIS, 8-дневный композит с пространственным разрешением 500 м). Восстановление GPP на основе измерений SIF прибором TROPOMI с пространственным разрешением 3.5 х 5.5 км (продукт S5P_PAL_L2B_SIF) выполняется с использованием регрессионной модели [2]. Обсуждаются результаты сравнительного анализа полученных оценок GPP в суточном и месячном масштабах.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИОА СО РАН.