CC BY
7АНАЛИЗ ВЕГЕТАЦИОННОГО ИНДЕКСА NDVI ДЛЯ БАТАГАЙСКОГО
ТЕРМОЦИРКА Черепанова А.М.
Черепанова Александра Михайловна - младший научный сотрудник, Лаборатория общей геокриологии, Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова, Сибирское отделение РАН, г. Якутск
Аннотация: технология наблюдения за изменениями индекса вегетации, полученного с помощью спектрального анализа спутниковых снимков высокого разрешения используется для отслеживания позитивной и негативной динамики развития растений. Разница в динамике индекса вегетации сообщает о диспропорциях в развитии в пределах того или иного вида.
Ключевые слова: Батагайский термоцирк, вегетационный индекс, вечная мерзлота.
Введение.
С увеличением доступности данных дистанционного зондирования для широкого круга исследователей методы их обработки и анализа стали стремительно развиваться. В последние годы ГИС-технологии играют роль универсального инструмента, облегчающего освоение основных научных дисциплин. Развивающиеся возможности ГИС позволяют более эффективно обрабатывать геопространственные данные для исследования природных и антропогенных систем, а также для моделирования и прогнозирования их состояния с течением времени. На сегодняшний день ГИС превращается из популярного и полезного инструмента в средство первой необходимости при решении самых разнообразных задач геологии, географии, геоэкологии, землепользования [3].
Объект исследования.
Природный объект исследований, Батагайский термоцирк, находится в пределах Верхоянской тектонической складчатой антиклинали. Территория сильно расчленена горным рельефом, который развивался на мезозойском складчатом основании. Термоцирк представлен рыхлыми отложениями различного возраста: коренные породы соответствуют триасовой системе, сформированных песчаниками, алевролитами и разнородных минералов; четвертичные отложения имеют синкретичный элювий и делювий, в основном состоящих из песчаных алевритов и глины с примесью щебня.
Климат района экстремальный с суровыми зимними температурами, что обусловлено нахождением в географических смежных границах влияния Арктики и предполярной циркумполярной позицией на материке.
Северотаежные ландшафты обусловлены низким видовым разнообразием. На исследуемой территории растут лиственницы Каяндера (Larix cajanderi) с подлеском березы, кедрового стланика, брусники и интенсивным развитием мохово-лишайниковых комплексов.
Формирование рельефа проходило на сплошной мерзлоте и под криогенным развитием при активном участии отрицательных температур в течение длительного временного периода, максимальная мощность многолетнемерзлых мерзлых пород составляет около 350-400 м [5].
Материалы и методы.
Для расчетов вегетационного индекса Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) были использованы космические снимки Landsat 8 OLI/TIRS с минимальной облачностью за период с 15 августа 2016 по 31 августа 2021 года. Обработка космоснимков выполнялась в интегрированной географической информационной системе TerrSet (ранее IDRISI).
Вегетационный индекс (NDVI) количественно определяет фотосинтетически активную биомассу, по своей сути является индикатором состояния растения. Рассчитывается как разность между ближним инфракрасным светом (который сильно отражает растительность) и красным светом (который поглощает растительность). Математическое выражение выглядит следующим образом:
NDVI=(NIR-Red)/(NIR +Red),
где NIR - ближний инфракрасный свет; Red - видимый красный свет.
Здоровая растительность поглощает большую часть падающего на нее видимого света и отражает большую часть ближнего инфракрасного света. Нездоровая (угнетенная) или скудная растительность отражает больше видимого света и меньше ближнего инфракрасного света.
Спутниковые наблюдения за пространственным распределением растительности внутри и вокруг Батагайского термоцирка позволяют понять процесс зарастания, связанный с его расширением за последние 10 лет. На Рис. 1 показаны изменения пространственных распределений NDVI в период с 2016 по 2021 годы. Наблюдается увеличение значения NDVI, которое указывает естественную сукцессию растительности. На
снимке 2021 года справа темно-фиолетовым цветом выделен свежий горелый участок.
Рис. 1. Временные изменения пространственного распределения значении ND11 внутри и вокруг Батагаиского провапа в
период
До 2010 г. средние значения NDVI были пренебрежимо малы и колебались около нуля, как для голой почвы, бесплодных участков скал, песка или снега [6]. Изменения NDVI после 2010 г. можно интерпретировать как результат естественной смены растительности внутри кратера. Сравнивая 2016 г. и 2021 г. можно увидеть, что сукцессия растительности была наиболее интенсивной в северной части кратера и его центре, где зафиксирована максимальная глубина провала. Интересно заметить, что скорость расширения провала в период с 2014 по 2018 г. была ниже, чем с 2010 по 2014 год, когда наблюдались самые высокие темпы роста [7].
Заключение.
Принимая во внимание множество возможных причин такого замедления и темпов увеличения в последние годы, таких как климатические, геологические и др., нельзя исключить, что одной из них является сукцессия растительности, наличие которой снижало прогрев почвы. Хотя этот вопрос требует дальнейшего изучения, полученные результаты уже свидетельствуют о возможности уменьшения масштабов оттаивания вечной мерзлоты за счет соответствующего искусственного облесения вновь образующихся воронок или мероприятий, направленных на сохранение или укрепление лесного покрова на территориях, подверженных оттаиванию вечной мерзлоты.
Список литературы
1. Геологическая карта: Q-53 (Верхоянск) Государственная геологическая карта Российской Федерации. Третье поколение. Верхояно-Колымская серия. Геологическая карта, масштаб: 1:1000000, серия: Верхояно-Колымская, составлена: ФГБУ «ВСЕГЕИ». 2016. редактор(ы): Калашников В.В.
2. Интеграция ArcGIS и ENVI [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://sovzond.ru/soitware/90/184700. (дата обращения 23.10.2022).
3. Колесникова О.Н. Интеграция программных комплексов обработки данных ДЗЗ ITT VIS и ГИС-приложений компании ESRI [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gisa.ru/60720.html. (дата обращения 23.10.2022).
4. ArcGIS 9. Spatial Analyst. Руководство пользователя [Текст]. - М.: Дата+, 2003. - 179 с.
5. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток; под ред. Э.Д. Ершова. М. Недра. 1989. 515 с.
6. Carlson, T.N. and Ripley, D.A. (1997) On the Relation between NDVI, Fractional Vegetation Cover, and Leaf Area Index. Remote sensing of Environment, 62, 241-252. http://dx.doi.org/10.1016/S0034-4257(97)00104-1.
7. Vadakkedath V., Zawadzki J. & Przezdziecki K. Multisensory satellite observations of the expansion of the Batagaika crater and succession of vegetation in its interior from 1991 to 2018. Environ Earth Sci 79, 150 (2020). https://doi.org/10.1007/s12665-020-8895-7.
