Определение высоты деревьев методом дистанционного зондирования: опыт использования и верификация

Изучение возможностей продуктов дистанционного зондирование Земли (ДЗЗ) имеет различные прикладные направления и может быть востребовано и использовано в разных сферах и с разными целями: для решения исследовательских задач, оценки растительных ресурсов, принятия решений и для моделирования различных процессов. Одним из параметров, который можно получать с помощью дистанционных методов, является высота древостоя. Средняя высота насаждений зависит от ряда факторов (прежде всего, от древесной породы, условий местопроизрастания, возраста и осуществляемых в лесу хозяйственных мероприятий) (Вайс, Пономаренко, 2020). В отдельных случаях требуется определение высоты деревьев для конкретных участков леса, по которым сформирована база данных определенных показателей, например, дендрохронологических (многолетние данные по ширине годичного прироста деревьев и др. параметры). Получение комплекса информации о древесных растениях позволит дать оценку секвестрации углерода лесными экосистемами (Рыгалова и др., 2024). Целью данного исследования является оценка возможности использования открытого набора данных GLAD (Global land cover and land use change 2000-2020; Potapov et al., 2022) для определения высоты деревьев сосны обыкновенной на участке Кулундинского ленточного бора с наземной верификацией результатов. Поиск таких возможностей связан с прикладными задачами, направленными на определение запасов углерода для среднего модельного дерева в границах дендрохронологических полигонов, сеть которых в нашей стране постоянно уплотняется (при этом не для всех полигонов зафиксирована высота обследованных деревьев, что создает потребность ее определения).
Высота деревьев на участке в Кулундинском ленточном бору (южная лесостепь) была определена с использованием набора данных GLAD с пространственным разрешением в 30 м. Он был получен с применением глобальной модели картографирования высоты древесной растительности на основе данных Landsat, откалиброванной для 2019 года с использованием лидара Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) для измерения структуры леса (Potapov et al., 2022). Участок исследования согласно использованному прототипу продукта отнесен к классу стабильных лесов, для которых отмечены несущественные различия высоты леса за период с 2000 по 2020 гг. Средняя высота деревьев, полученная для участка дистанционно на 2020 год, составила 20 м (стандартное отклонение равно 0,3 м).
На местности участку, обследованному дистанционно, соответствовала модельная площадка 25 на 25 метров, где произрастало 25 экземпляров сосны обыкновенной. Породный состав на участке – 10С. Абсолютная высота местности около 235 м над ур. м. Обследование проведено в 2024 году. Средний возраст (на высоте 1,3 м) составляет 163 года. Высота деревьев измерялась в тройной повторности (фиксировалось среднее значение) эклиметром Haglof и составила в среднем 28 м (стандартное отклонение в выборке равно 3,4 м). Таким образом, установлено несоответствие результатов, полученных с помощью двух методов исследования (наземного и дистанционного), что также подтверждается статистически (коэффициент корреляции между ними составил 0,37). Разница в 4 года, с которой получены дистанционные и наземные данные, не может быть причиной выявленных различий (исследованные деревья являются перестойными и за этот период высота их существенно изменится не может).
Также дополнительно набор данных GLAD был использован для определения высоты деревьев, обследованных нами ранее в сухостепной части ленточных боров, для которых была выполнена оценка углерода (Рыгалова и др., 2024). В первом случае это были 20-30 летние лесовосстановительные посадки сосны обыкновенной, во втором – естественный разреженный сосновый лес. Использованный продукт ДЗЗ не дал положительного результата: участки согласно набору данных были ошибочно идентифицированы как низкорослая растительность. В первом случае причину этого мы видим в малой высоте молодого леса (5,5 м, что является пороговым значением (от 5 м (Potapov et al., 2022)) для определения лесопокрытой территории в примененном наборе данных ДЗЗ), во втором – в недостаточной сомкнутости крон на лесном участке (обследованные деревья не были сконцентрированы на одном полигоне, а были рассредоточены на значительной территории, включающей просеки и обширные поляны).
Выполненное исследование не позволяет оценить адекватность использования продукта GLAD для точного определения высоты деревьев на локальных участках, хотя были обозначены некоторые ограничения использования этого продукта. Для того, чтобы сделать однозначные выводы о возможностях набора данных требуется увеличение выборки (расширение сети полигонов 30 м на 30 м с наземным измерением высоты древесных растений, как в одновозрастных насаждениях, так и в разновозрастных) и привлечение альтернативных источников спутниковых данных, позволяющих определить высоту деревьев, например, ICESat-2 (Барталев и др., 2022).

Благодарности: Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (государственное задание на проведение научных исследований, выполняемых в Алтайском государственном университете, проект FZMW-2023-0007).