В работе "Mapping Forest Stability within Major Biomes Using Canopy Indices Derived from MODIS Time Series" представлено решение для выявления по данным многолетних серий спутниковых снимков участков лесов с различной стабильностью без привлечения экспертной информации и обучения алгоритмов распознавания.
Выбор такого подхода авторы объясняют тем, что при привлечении знаний экспертов при обучении классификационных алгоритмов повышается субъективность результатов.
В основу принципа выделения участков лесов с различной стабильностью заложен анализ двух типов продуктов:
- - доля фотосинтетически активного излучения, перехваченного кронами (fPAR);
- - коротковолновый инфракрасный индекс водного стресса (SIWSI),рассчитанных по снимкам спектрорадиометра MODIS за период 2003–2018 годов.
Физический смысл соотношения индексов SIWSI и fPAR заключается в том, что растительные сообщества в устойчивом состоянии имеют отличающиеся от неустойчивых показатели обилия фотосинтезирующей биомассы крон и интенсивности испарения ими влаги.
Для влажных тропических лесов, на примере которых был проведен анализ зон неустойчивости в Бразилии, этот подход абсолютно справедлив по двум причинам:
- - анализируемая растительность достаточно зависима от влажности почв и подпологового пространства, поэтому изменение уровня влажности листовых поверхностей первого яруса является прямым признаком ухудшения условий развития древесного сообщества с угрозой потери стабильности;
- - однородность спектральных характеристик крон ведущих пород первого яруса влажного тропического леса и пространственные размеры массива влажных тропических лесов позволяют корректно оценивать его динамику с дискретностью данных спектрорадиометра MODIS, используемых в статье.
В то же время, при интерпретации результатов оценки пространственной структуры устойчивых и неустойчивых сообществ по данным сверхвысокодетальной спутниковой съемки установлено, что к неустойчивым ошибочно отнесены участки естественных, вероятно, сезонно листопадных лесов возвышенных водоразделов и плоскогорий.
При переносе технологии из лесов Амазонии на юг Сибири мы сталкиваемся с существенными отличиями объектов анализа – среднетаежных хвойных и смешаных лесов.
Здесь анализу подверглась многолетняя динамика пространственной структуры приангарских сосновых, сосново-лиственничных, лиственнично-березовых лесов. В околопойменных биотопах и в пределах возвышенных водоразделов к ним примешиваются темнохвойно-мелколиственные смешаные леса. Сомкнутость крон первого яруса у лесов Приангарья варьирует в гораздо больших пределах по сравнению с сомкнутым пологом тропических лесов Амазонии. Снижение сомкнутости вводит в модель спектральных характеристик устойчивости, предложенную авторами, показатели кустарникового, травяного и мохового ярусов, обладающих гораздо более выраженной межгодовой динамикой отражательной способности в видимом, ближнем инфракрасном и коротковолновом инфракрасном диапазонах. Вследствие пространственного чередования сообществ различной сомкнутости и породного состава, для лесной растительности Приангарья не соблюдаются условия континуальности, характерные для лесов Амазонской низменности, что может являться фактором, требующим учёта при расчёте индекса устойчивости лесного покрова, предложенного авторами.
Кроме того, использование индекса водного стресса (SIWSI) для оценки лесных насаждений с участием сосны не вполне корректно, так как данная порода способна испарять значительные объемы эфирных масел в условиях сезонного недостатка почвенной влаги. Поглощая значительную часть отраженной инфракрасной радиации в жаркую безоблачную погоду, эфирные масла создают ограничения для расчета индекса SIWSI и сопоставления с индексами, характерными для древостоев, без участия пород, компенсирующих водный стресс испарением эфирных масел.
Еще одним фактором, затрудняющим сопоставление результатов расчета устойчивости лесных массивов в Амазонской низменности и Приангарье, выступают пространственные размеры нарушений. В амазонской низменности, как следует из анализа тестового изображения, приведенного в работе, площади вырубок превышают размер пикселя спутникового изображения в два-три раза. В районе Приангарья площади рубок гораздо меньше. Рельеф и почвенные условия на участках нарушенного лесного покрова – гораздо разнообразнее, чем амазонской сельве.
Таким образом, более сложная и менее однородная структура лесного покрова Приангарья, значительное участие в нем сосны, маскирующей отраженную инфракрасную радиацию за счет испарения эфирных масел, и несоразмерность минимальных площадей, нарушенных вырубками, детальности спутникового изображения являются параметрами, усложняющими перенос технологии оценки устойчивости лесов с тестового участка Амазонской низменности на юг Сибири. Именно это и вызвало ряд проблем при сопоставлении результатов анализа с данными спутниковых съемок более детального пространственного разрешения.
Для участка ангарских сосняков авторами выделены территории стабильной лесной растительности, нестабильной лесной растительности и безлесные территории.При проведении интерпретации тематического содержимого данных классов по материалам свехвысокодетальной съемки выявляется смешение сообществ нескольких типов и отнесение их к разным классам результатов анализа. Так, к крупным массивам стабильных лесов (левая часть тестового участка) отнесены не только условно коренные спелые и перестойные сосновые леса, но и довольно динамичные вторичные мелколиственные и смешаные по участкам пирогенных нарушений 60-70-х гг. прошлого века. Последние уж никак нельзя назвать устойчивыми. Также в группу устойчивых частично попали участки выборочных рубок с сохранившимся вторым ярусом сосны и мелколиственных пород. Аналогичные частично нарушенные сообщества попали и в класс неустойчивых. В чем же различия между теми и другими? Некорректно "сохранившие" свою устойчивость леса произрастают на почвах более тяжелого механического состава, а успешно отнесенные к нестабильным – на преимущественно песчаных дренированных почвах. Такое различие в механическом составе определяет водоудерживающую способность почв и требует наложения ограничений на использование индекса водного стресса.
Таким образом, с выводами авторов по пространственной структуре нарушенности и неустойчивости амазонских лесов нельзя не согласиться. Но картина устойчивости лесной растительности приангарских сосняков, установленная ими, требует более детального анализа.
Тестовый участок в пределах Амазонской низменности, приведенный в работе, в качестве примера: https://nakarte.me/#m=11/-10.09698/-53.39802&l=E
В центральной и правой его части, среди ненарушенного лесного покрова выделяются участки каменистых лесов пониженной, по сравнению с влажными тропическими лесами, сомкнутостью полога. Именно в пределах контуров этих лесов и появляются участки низкой стабильности, которые требуют уточнения.
Регион ангарских сосняков и смешаных лесов, проанализированный в статье, в качестве примера: https://nakarte.me/#m=12/57.33681/101.19781&l=L
Материал подготовил Добрынин Дмитрий Владимирович, руководитель отдела тематическойобработки данных дистанционного зондирования компании «Лоретт».