Коррекция занятых различными типами землепользования площадей, получаемых на основе картографических продуктов по данным ДЗЗ низкого пространственного разрешения

Регулярная и точная информация о типах землепользования территории и их ежегодных изменениях является ключевой для решения широкого круга задач, включая оценку экологической ситуации, планирование использования, контроль за охраной окружающей среды и мониторинг процессов, связанных с деградацией и восстановлением земель. Среди многочисленных применений таких данных — учёт выбросов и поглощений парниковых газов и формирование отчетности согласно рекомендациям Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, 2006). Согласно рекомендациям (МГЭИК, 2006) такая отчетность формируется ежегодно для следующих основных классов землепользования: лесные земли, возделываемые земли, пастбища, водно-болотные угодья, поселения и прочие земли. Для территории России и всех ее регионов ежегодно оценивается площадь земель, занятых каждым классом, а также матрица переходов между классами от года к году. На данный момент для этого используются ежегодные карты типов наземного покрова, полученные в результате многолетних работ Института космических исследований РАН (ИКИ РАН) (Барталев и др., 2016) и уточненных в рамках работ консорциума РИТМ Углерода (https://ritm-c.ru/). Однако эти карты созданы на основе спутниковых данных с низким пространственным разрешением (230 м на пиксель), что приводит к наличию шумов и снижению точности в ряде случаев. В результате для некоторых регионов получаемые оценки площадей не достигают требуемого уровня точности и содержат очевидные артефакты.
В связи с этим в данном исследовании была предпринята попытка:
- Получить на основе общедоступных научному сообществу данных более детализированные и точные карты типов землепользования для всех регионов страны в указанных шести классах.
- Оценить масштабы ошибок в определении площадей типов землепользования, получаемых по картам типов наземного покрова ИКИ РАН.
- Разработать скорректированные, более точные оценки площадей типов землепользования для каждого региона, а также схему их перерасчёта на основе исходных карт типов наземного покрова ИКИ РАН.
Для этого были взяты все отвечающие требованиям по охвату и классам доступные на данный момент картографические материалы с пространственным разрешением 10 метров на пиксель: ESA WorldCover (далее ESA WC) (Zanaga et al., 2022), Esri Land Use Land Cover (LULC) (Karra et al., 2021) и Dynamic World (далее DW) (Brown et al., 2022). Карты ESA WorldCover и Esri Land Use Land Cover (далее LULC) были взяты как есть, а данные Dynamic World, поскольку они предоставляются не для ежегодного интервала, а для каждой сцены, были приведены к ежегодным срезам путем расчета медианного значения за период (Кашницкий, Лупян, 2025).
Была проведена работа по оценке сопоставимости этих материалов друг с другом и с картами типов наземного покрова ИКИ РАН. Все материалы были предварительно для каждого региона приведены к одной шести классовой легенде, преобразованы в одну проекцию и размеры. Были составлены карты для 2020-2021 годов, где в оценке сходятся все три источника и где сходятся хотя бы источника. Также была составлена эталонная карта для 2020-2021 годов, где сходятся два источника, а в остальных местах расхождений впечатана карта ESA WorldCover, как предположительно наиболее точная (Venter et al., 2022; Xu et al., 2024). Совместный анализ DW, LULC, ESA WC выявил, что в ряде регионов более 15-20 процентов площади может относиться в разных картах к разным типам землепользования. Основными источниками неопределенности является класс лугов и пастбищ, а также класс возделываемых земель. Особенно значимые расхождения выявляются для засушливых территорий и тундр. Также очень по-разному определяется класс поселения. Отметим, что полученные результаты вполне согласуются с количественными оценками других исследователей, например, (Venter et al., 2022; Xu et al., 2024). Было также проведено сопоставление карты ИКИ РАН с эталонной картой. Выявлено, что в ряде регионов до 50 процентов площади класса может относиться к разным типам землепользования. Основными источниками неопределенности является класс лугов и пастбищ, который может переходить либо в лесную площадь, либо в возделываемые земли, либо в водно-болотные угодья. Особенно значимые расхождения также выявляются для болот и северных территорий (тундр). Неопределенность в оценке площадей в некоторых случаях достигает 30-40 процентов от площади класса (в основном из-за тундр), однако в абсолютном большинстве случаев не превышает 10-15 процентов.
Далее была взята полученная эталонная карта за 2020-й год, соответствующая ей карта ИКИ РАН и на основе пересчета площадей для каждого региона получены коэффициенты коррекции площади каждого класса. После применения этих коэффициентов к площадям каждого класса, полученным по картам ИКИ РАН, получаются площади, занятые соответствующим классом в эталонной карте. Таким образом, разработана схема получения площадей классов в каждом регионе на основе карт ИКИ РАН путем их пересчета с помощью коэффициентов коррекции, полученных из сопоставления с эталонной картой 2020 года, и без необходимости получения эталонной карты на другие годы. Проверка пересчета площадей классов для 2021 года и сравнения их с площадями из соответствующей эталонной карты года показала применимость подхода.
Получение и обработка спутниковых данных были выполнены с помощью возможностей Центра коллективного пользования ИКИ-Мониторинг (Лупян и др., 2019). Исследование выполнено в рамках темы ИКИ РАН «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8).