Валидация температурной изменчивости подстилающей поверхности олиготрофного болота по данным тепловизионной БВС-съемки

Согласно оценкам, совокупное повышение глобальной температуры в период с 1850–1900 по 2010–2019 годы составило 1,07 градуса Цельсия, с вероятным диапазоном от 0,8 до 1,3 (IPCC, 2023). Повышение температуры приземного слоя атмосферы и почвы влечёт за собой смещение теплового баланса суши и компонентов биоценоза, в том числе на границе «почва-атмосфера». Это оказывает существенное влияние на физиологию растений, структуру почвенного микробиома, и как следствие, на углеродный баланс экосистем.
Для некоторых экосистем, таких как болота, характерна значительная пространственная неоднородность температуры подстилающей поверхности. Это обусловлено специфическими свойствами болот: развитым микрорельефом, особым режимом увлажнения, низкой теплопроводностью почв и наличием мощного мохового покрова. Болота играют важную роль в углеродном цикле, и в зависимости от комбинации этих экологических факторов они могут быть как источниками, так и стоками парниковых газов, что в значительной степени определяется их температурным режимом.
Специфические свойства болотных экосистем, обусловливающие значительные трудности при проведении непосредственных измерений, диктуют необходимость разработки методов площадного мониторинга температуры их гетерогенной поверхности. Одним из современных способов измерения температуры в таких местообитаниях являются беспилотные воздушные системы (БВС), оснащенные термальными сенсорами, что позволяет без прямого воздействия на экосистемы проводить измерения в обширных и труднодоступных территориях с полным покрытием и высокой детализацией. Также площадное измерение температуры подстилающей поверхности болот исключает неопределенности интерполяции точечных измерений, и позволяет получить достаточные данные для построения высокодетальных (в пространстве и во времени) прогнозов их изменения, что трудно осуществить средствами только наземного мониторинга.
Цель работы заключается в калибровке данных, полученных при помощи БВС и тепловизора Zenmuse H20T по наземным измерениям температуры для апробации методики аэросъёмки, обеспечивающей минимальное расхождение с результатами наземных измерений, полученными с помощью термохронов.
Исследование проводилось на территории международного полевого стационара «Мухрино», расположенного в 30 км от Ханты-Мансийск в среднетаежной биогеографической зоне, на ненарушенных болотных комплексах (Kupriianova et al., 2022). 9, 11, 13 и 14 июля 2025 года на трёх болотных фациях (грядово-мочажинном комплексе (ГМК) с разделением на гряду и мочажину, сосново-кустарничково-сфагновое сообщество (рослый рям) и сосново-кустарничково-сфагновое сообщество (типичный рям) — были заложены 70 пробных площадок в рамках 40 на 40 см, внутри которых в двукратной повторности проводились наземные измерения температуры с использованием термохронов iButton модели 7B5172. Параллельно выполнялись дистанционные измерения температуры при помощи тепловизора Zenmuse H20T (SZ DJI TechnologyCo., Ltd., China), установленного на беспилотное воздушное судно (БВС) Matrice 300 (SZ DJI TechnologyCo., Ltd., China). На следующем этапе данные термохронов и тепловизора были сопоставлены путём построения корреляционной зависимости: температура в точках размещения термохронов определялась по тепловизионным снимкам в программе DJI Thermal Analysis Tool (SZ DJI TechnologyCo., Ltd., China) и затем сравнивалась с результатами наземных измерений (Jiang et al., 2024).
В результате была установлена корреляционная зависимость между данными наземных измерений и тепловизионной съёмки, значения которых варьировали в зависимости от даты и типа экосистем, в которых производились измерения. Значение коэффициента корреляции (R) составили: 0,77 для съёмки, проводимой 9 июля (ГМК); 0,68 — 11 июля (Типичный рям, ГМК); 0,68 — 13 июля (Типичный и рослый рям) и 0,26 — 14 июля (Мочажина). Наилучшая корреляция (9, 11 и 13 июля) была получена на участках с большим диапазоном пространственной изменчивости поля температуры исследованных в эти дни участков: от 16,4 до 21,1 градусов в рослом и типичном рямах, от 17,1 до 21 градуса в типичном ряме и ГМК, а в ГМК от 19,2 до 32,8 градусов, что обеспечило более репрезентативную выборку температурных данных здесь. Помимо этого, важными факторами, влияющими на полученные коэффициенты корреляции, являются погодные условия и параметры съёмки. Для получения достоверных результатов необходима солнечная погода, сведения о влажности воздуха во время измерений и проведение съемки с высоты 25–30 метров. Высота съёмки напрямую влияет на коэффициент корреляции: при значениях свыше 30 метров наблюдается его значительное снижение в результате падения пространственного разрешения получаемых данных. С другой стороны, аэросъёмка с высоты менее 25 метров, хотя и повышает детализацию данных, неприменима для площадного мониторинга из-за малого охвата территории, однако оптимальна для детального исследования локальных участков.