Применение многовременных данных дистанционного зондирования теплового инфракрасного диапазона для изучения состояния сельскохозяйственных угодий

Важной проблемой сельскохозяйственной деятельности является мониторинг неблагоприятных условий произрастания посевов культур, например водного стресса, недостаточного увлажнения. С помощью данных теплового инфракрасного диапазона можно выявлять признаки недостаточного увлажнения, которое проявляется повышением температуры поверхности. Для определения и картографирования характеристик, связанных с состоянием посевов в зависимости от интенсивности и вегетации и температуры поверхности целесообразно использовать массив многовременных данных спутниковых систем. Обработка больших массивов спутниковых снимков проводилась средствами платформы Google Earth Engine. Использование автоматизированного алгоритма по выборке о обработке снимков позволило агрегировать данные большого количества разновременных снимков со спутников Landsat.
В качестве исследуемых полигонов были использованы угодья в 7 регионах России, расположенных в различных природных условиях, обладающих различными показателями баланса температуры и влаги. Проанализированы участки в Архангельской, Тульской, Калининградской области, Краснодарском и Хабаровских краях, республиках Крым и Калмыкия. Временной промежуток охватывал период с 2020 по 2024 г.. В качестве индексов использовались NDVI (вегетационный индекс) и NDWI (водный индекс), рассчитываемых по данным видимого и ближнего инфракрасного участка спектра. Эти индексы, позволяют лучше охарактеризовать поведение поверхности совместно с тепловыми данными. Исследуемые полигоны охватывали различные по типу использования угодья: озимые и яровые культуры, зарастающие угодья и поля под паром, используемые как пастбища. Тип угодья и границы угодья взяты частично с ЕФИС ЗСН, частично оцифрованы вручную по спутниковым материалам Sentinel-2.
Использование многовременных данных теплового дистанционного зондирования позволяет выделить некоторые зональные различия. Так на вегетационные и тепловые характеристики угодий или влияет продолжительность вегетационного периода и продолжительность залегания снежного покрова. Различия оказываются особенно заметными при сравнении для озимых и яровых культур: для озимых характерная слабая отрицательная корреляция между температурой поверхности и значениями вегетационного индекса, и положительная – с водным индексом. NDWI обладает большей величиной связи с температурой поверхности угодья (LST) в абсолютных значениях, чем вегетационный индекс NDVI и LST. Обнаружено, что агроклиматический фактор является зональным, а выращиваемая культура является азональным фактором для характеристики сельскохозяйственного угодья.
Недостаток временного разрешения открытых данных, получаемых в тепловом ИК диапазоне, ограничивает на данный момент теплового спутникового мониторинга с использованием данных TIRS/Landsat.