ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 56-72

Пространственная и межгодовая неоднородность изменений растительного покрова тундровой зоны Евразии по материалам съёмки MODIS 2000–2016 гг.

В.В. Елсаков 1 
1 Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
Одобрена к печати: 22.11.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-6-56-72
Выявлены особенности изменений растительного покрова тундровой зоны Севера Евразии (порядка 1750 тыс. км2) за период 2000–2016 гг. на основании анализа хода ежегодных максимальных значений индекса NDVI по материалам временных серий MODIS (MOD13Q1.005). Статистику по многолетнему ходу годовых максимумов индекса рассчитывали для регулярной сети ячеек, составленной по разграфке сетки листов карты масштаба 1:200 000. Для элементов полученной сетки проводили анализ хода средних значений индекса для каждого года. На территории наблюдали годы с одновременным наличием максимумов и минимумов показателя. Рассчитана корреляция междуучастками, совпадающая с климатическим районированием. По величинам всего временного интервала и отдельных промежутков (2000–2009 гг. и 2009–2016 гг.) рассчитан тренд линейных изменений (β) (ΔNDVIМАХ год-1). Вслед за ростом приземной температуры воздуха 2000 г. начальные этапы модификаций фитоценозов наиболее интенсивно проявились на территории Европейской России (положительные — 44,1 %, из них 32,3 % слабые положительные; отрицательные — 6,1 %). В период 2009–2016 гг. интенсивность положительных изменений снизилась до 30,4 % (однако продолжен рост сильных положительных до 16,5 %). Для территории Зауралья предиктором изменений был температурный режим многолетнемерзлых пород (ММП), задержавший проявление ответной реакции растительных сообществ на потепление. На участках Западной (ЗС) и Северо-Восточной Сибири (С-ВС) межгодовые изменения имели сходный характер: для ЗС рост доли сильных положительных изменений в период 2009–2016 гг. (с 4,8 % для периода 2000–2009 гг. до 35,8 % в последующий период и для сообществ С-ВС с 5,5 до 30,9 %). Наибольшие отличия хода NDVI отмечены для территории Восточной Сибири. В 2000–2009 гг. преобладают отрицательные изменения, связанные с началом деградации ММП в виде роста полигонизации и заболачивания тундр. Для сравниваемых периодов отмечен рост существенных отрицательных (с 15,3 до 21,0 %) и снижение слабых отрицательных (с 25,5 до 15,2 %) трансформаций, а также постепенный рост интенсивности существенных положительных изменений (с 3,5 до 14,7 %). За весь период наблюдений для территории Севера Евразии отмечен рост достоверных значимых (p = 0,95) положительных изменений до 6,0 % (для периода 2000–2009 гг., с 2,4 до 3,1 % для 2009–2016 гг.). Изменения многих участков связаны с перестройкой компонентов экосистем, подтверждены корпусом публикаций, материалами собственных полевых наблюдений и могут быть интерпретированы.
Ключевые слова: спутниковые методы исследований, временные серии MODIS, растительный покров Севера Евразии
Полный текст

Список литературы:

  1. Анисимов О. А., Жильцова Е. Л., Разживин В. Ю. Моделирование биопродуктивности в арктической зоне России с использованием спутниковых наблюдений // Исследование Земли из космоса. 2015. № 3. С. 60–70.
  2. Астахов В. И., Свенсен Й. И. Покровная формация финального плейстоцена на крайнем северо-востоке европейской России // Региональная геология и металлогения. 2011. № 47. С. 12–27.
  3. Атлас Арктики. М.: Глав. упр. геодезии и картографии при СМ СССР, 1985. С. 97–98.
  4. Базилевич Н. И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
  5. Барталев С. А., Егоров В. А., Ершов Д. В., Исаев А. С., Лупян Е. А., Плотников Д. Е., Уваров И. А. Спут­никовое картографирование растительного покрова России по данным спектрорадиометра MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. С. 285–302.
  6. Баулин В. В., Данилова Н. С., Суходольская Л. А. История развития многолетнемерзлых пород на территории СССР и методы ее изучения // История развития многолетнемерзлых пород Евразии. М.: Наука, 1981. C. 24–40.
  7. Белоновская Е. А., Тишков А. А., Вайсфельд М. А., Глазов П. М., Кренке-мл. А. Н., Морозова О. В., Покровская И. В., Царевская Н. Г., Тертицкий Г. М. «Позеленение» Российской Арктики и современные тренды изменения её биоты // Известия Российской академии наук. Сер. географическая. 2016. № 3. С. 28–39.
  8. Борисов А. А. Климатография Советского Союза. Л.: Ленинградский университет, 1970. 310 с.
  9. Веремеева А. А., Глушкова Н. В. Формирование рельефа в районах распространения отложений ледового комплекса в тундрах колымской низменности // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. № 1. С. 15–25.
  10. Воронин П. Ю. Хлорофильный индекс и фотосинтетический сток углерода Северной Евразии // Физиология растений. 2006. Т. 53. № 5. С. 777–785.
  11. Елсаков В. В. Визуализация данных климатических изменений растительных сообществ Мезенской и Канинской тундр по материалам спутниковых съёмок // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 1. С. 83–86.
  12. Елсаков В. В., Кулюгина Е. Е. Растительный покров Югорского полуострова в условиях климатических изменений последних десятилетий // Исследования Земли из космоса. 2014. № 3. С. 65–77.
  13. Елсаков В. В., Щанов В. М. Особенности спектральных характеристик приморских лугов восточного побережья Малоземельской тундры // Биоразнообразие наземных и водных экосистем охраняемых территорий Малоземельской тундры и прилегающих регионов. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 2005. № 178. С. 5–20.
  14. Королева Т. М., Зверев А. А., Петровский В. В., Поспелов И. Н., Поспелова Е. Б., Хитун О. В., Чинен­ко С. В. Отражение широтной дифференциации растительного покрова Крайнего Севера в структуре локальных флор // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 1. С. 12–15.
  15. Кравцова В. И., Лошкарева  А. Р. Динамика растительности экотона тундра-тайга на Кольском полуострове в связи с климатическими колебаниями // Экология. 2013. № 4. С. 275–283.
  16. Левыкин С. В., Яковлев И. Г., Казачков Г. В., Грудинин Д. А. Ландшафтные особенности острова Новая Сибирь // Охрана окружающей среды и природопользование. 2013. № 1. С. 79–83.
  17. Магомедова М. А., Морозова Л. М., Эктова С. Н., Ребристая О. В.. Чернядьева И. В.. Потемкин А. Д.. Князев М. С. Полуостров Ямал: растительный покров. Тюмень: Сити-пресс, 2006. 360 с.
  18. Матвеева Н. В., Заноха Л. Л., Янченко З. А. Биогеоценологический стационар «Тарея» — взгляд из прошлого // Развитие геоботаники: история и современность. Материалы конференции, посвящённой 80-летию кафедры геоботаники и экологии растений Санкт-Петербургского государственного университета. 31 января – 2 февраля 2011. СПб., 2011. С. 76–77.
  19. Матвеева Н. В., Заноха Л. Л., Янченко З. А. Изменения во флоре сосудистых растений в районе Таймырского биогеоценологического стационара (среднее течение реки Пясины, Западный Таймыр) с 1970 по 2010 г. // Ботанический журн. 2014. Т. 99. № 8. С. 841–867.
  20. Михеева А. И. Исследование изменений верхней границы леса по аэрокосмическим снимкам // Геодезия и картография. 2011. № 1. С. 31–36.
  21. Михеева А. И., Тутубалина О. В., Зимин М. В., Голубева Е. И. Методика субпиксельной классификации растительности экотона «тундра-тайга» по космическим изображениям (на примере долины р. Тульок, Хибинские горы) // Исследования Земли из космоса. 2017. № 1. С. 24–34.
  22. Оберман Н. Г. Глобальное потепление и изменение криолитозоны Печоро-Уральского региона // Разведка и охрана недр. 2007. № 4. С. 63–68.
  23. Полищук Ю. М., Куприянов М. А., Брыксина Н. А. Дистанционное исследование динамики площади термокарстовых озер в сплошной криолитозоне Сибири // География и природные ресурсы. 2017. № 3. С. 164–170.
  24. Природная среда в условиях открытой разработки угля (на примере Юньягинского месторождения). Сыктывкар, 2005. 246 с.
  25. Селянинов Ю. О., Егорова И. Ю., Колбасов Д. В., Листишенко А. А. Сибирская язва на Ямале: причины возникновения и проблемы диагностики // Ветеринария. 2016. № 10. С. 3–7.
  26. Физико-географическое районирование СССР (характеристика региональный единиц). М.: МГУ, 1968. 575 с.
  27. Харук В. И., Рэнсон К. Дж., Им Ст., Наурзбаев М. М. Лиственичники лесотундры и климатические тренды // Экология. 2006. № 5. С. 323–331.
  28. Хитун О. В., Лейбман М. О., Москаленко Н. Г., Орехов П. Т., Уолкер Д. А., Фрост Д. Д., Хомутов А. В., Эпштейн Х. Е. Зональные изменения некоторых параметров растительного покрова в западносибирской Арктике // Отечественная геоботаника: основные вехи и перспективы: Материалы Всероссийской научной конф. с международным участием. Санкт-Петербург, 20–24 сент. 2011. СПб., 2011. Т. 1. С. 429–432.
  29. Шадрин В. И. Коренные народы в условиях изменения климата (на примере народов Севера Якутии) // Вопросы истории и культуры северных стран и территорий: Материалы научн. симп. 2009. № 2. Т. 6. С. 95–101.
  30. Шерстюков А. Б. Изменения климата и их последствия в зоне многолетней мерзлоты России. Обнинск: ГУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2009. 127 с.
  31. Шиятов С. Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 216 с.
  32. Якубсон К. И., Корниенко С. Г., Разумов С. О., Дубровин В. А., Крицук Л. Н., Ястреба Н. В. Геоиндика­торы изменения окружающей среды в районах интенсивного освоения нефтегазовых месторождений и методы их оценки // Электрон. науч. журн. «Георесурсы, геоэнергетика, геополитика». 2012. Вып. 2. № 6. 12 с. URL: http://oilgasjournal.ru/vol_6/kornienko.pdf/.
  33. Beurs K. M., Henebry G. M. Northern Annular Mode effects on the land surface phenologies of Northern Eurasia // J. Climate. 2008. Vol. 21. P. 4257–4279.
  34. Beurs K. M., Henebry G. M. A land surface phenology assessment of the northern polar regions using MODIS reflectance time series // Canadian J. Remote Sensing. 2010. Vol. 36. P. 87–110.
  35. Bhatt U. S., Walker D. A., Raynolds M. K., Comiso J. C., Howard E., Epstein H. E., Jia G., Gens R., Pinzon J. E., Tucker C.J, Tweedie C. E., Webber P. J. Circumpolar Arctic Tundra Vegetation Change Is Linked to Sea Ice Decline // Earth Interactions. 2010. Vol. 14. No. 8. 19 p.
  36. Blok D., Schaepman-Strub G., Bartholomeus H., Heijman M., Maximov T., Berendse F. The response of Arctic vegetation to the summer climate: relation between shrub cover, NDVI, surface albedo and temperature // Environmental Research Letters. 2011. Vol. 6. DOI: 10.1088/1748-9326/6/3/035502.
  37. Goetz Sc., Bunn A. G., Fiske G. J., Houghton R. A. Satelite-observed photosynthetic trends across boreal North America associated with climate and fire disturbance // PNAS (Proc. National Academy of Sciences of the United States of America). 2005. Vol. 102. No. 38. P. 13521–13525.
  38. Olson D. M., Dinerstein E., Wikramanayake E. D., Burgess N. D., Powell G. V. N., Underwood E. C., D’Amico J., Itoua I., Strand H. E., Morrison J. C., Loucks C. J., Allnutt Th.F., Rickets T. H., Kura Y., Lamoreux J. F., Wettengel W. W., Hedao P., Kassem K. R. Terrestrial Ecoregions of the World: A New Map of Life on Earth // BioScience. 2001. Vol. 51. No. 10. 6 p.
  39. Raynolds M. K., Walker D. A., Maier H. A. NDVI patterns and phytomass distribution in the circumpolar Arctic // Remote Sensing of Environment. 2006. Vol. 102. P. 271–281.
  40. Raynolds M. K., Walker D. A., Epstein H. E., Pinzon J. E., Tucker C. A new estimate of tundra-biome phytomass from trans-Arctic field data and AVHRR NDVI // Remote Sensing Letters. 2012. Vol. 3. No. 5. P. 403–411.
  41. Robin J., Dubayah R., Sparrow E., Levine E. Monitoring start of season in Alaska with GLOBE, AVHRR, and MODIS data // J. Geophysical Research. Biogeosciences. 2007. Vol. 113. DOI: 10.1029/2007JG000407.