Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
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. 2021. Т. 18. № 5. С. 133-144

Оценка применимости цифровых моделей рельефа для моделирования эрозии почв (на примере малого водосбора в Курской области)

А.П. Жидкин 1 , В.Н. Голосов 2, 3, 4 , А.С. Добрянский 3 
1 Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Москва, Россия
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
3 Институт географии РАН, Москва, Россия
4 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
Одобрена к печати: 29.09.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-133-144
В статье сопоставлены расчёты эрозионно-аккумулятивных процессов на малом распахиваемом водосборе, выполненные с использованием 10 различных цифровых моделей рельефа (ЦМР) (на основе съёмок беспилотным летательным аппаратом, оцифрованных топокарт, ALOS, SRTM, ASTER и др.). Расчёт потенциальной эрозии почв проводился с применением модели WATEM/SEDEM, основанной на алгоритме RUSLE. Актуальность работы обусловлена отсутствием сравнительных оценок влияния ЦМР на результаты математического моделирования эрозии почв. Проведённые исследования выявили, что результаты математического моделирования в значительной степени зависят от разрешения ЦМР, в частности отмечена тенденция увеличения площадей зон аккумуляции наносов при укрупнении размера ячейки ЦМР. Среднегодовые оценки темпов наносов, вынесенных за пределы пашни, достаточно близки при использовании ЦМР на основе съёмки беспилотным летательным аппаратом, ALOS и SRTM при близком размере ячейки ЦМР (от 20 до 38 м). Наименьшие среднегодовые потери почвы от водной эрозии получены при использовании наиболее детальных ЦМР (размер ячейки 1 и 5 м). Модель ASTER не следует применять для расчётов эрозии почв в крупном масштабе из-за существенных искажений рельефа.
Ключевые слова: WATEM/SEDEM, SRTM, ALOS, ASTER, топографическая карта, беспилотный летательный аппарат, аккумуляция, нанос, чернозём, интерполяция, разрешение
Полный текст

Список литературы:

  1. Жидкин А. П., Смирнова М. А., Геннадиев А. Н., Лукин С. В., Заздравных Е. А., Лозбенев Н. И. Цифровое моделирование строения и степени эродированности почвенного покрова (Прохоровский район Белгородской области) // Почвоведение. 2021. № 1. C. 17–30. DOI: 10.31857/S0032180X21010159.
  2. Козлов Д. Н., Жидкин А. П., Лозбенев Н. И. Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности) // Бюл. Почв. ин-та им. В. В. Докучаева. 2019. № 100. С. 5–29. DOI: 10.19047/0136-1694-2019-100-5-35.
  3. Ларионов Г. А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 200 с.
  4. Мальцев К. А., Иванов М. А., Шарифуллин А. Г., Голосов В. Н. Изменения темпов смыва почвы в речных бассейнах южного мегасклона европейской части России за последние 30 лет // Почвоведение. 2019. № 6. С. 757–768. DOI: 10.1134/S0032180X19060091.
  5. Медведева Р. А., Голосов В. Н., Ермолаев О. П. Пространственно-временная оценка овражной эрозии в зоне интенсивного земледелия европейской части России // География и природные ресурсы. 2018. № 3. С. 29–37. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2018-3(29-37).
  6. Пространственно-временные закономерности развития современных процессов природно-антропогенной эрозии на Русской равнине / под ред. Голосова В. Н., Ермолаева О. П. Казань; М.: Изд во АН РТ, 2019. 372 с.
  7. Alewell C., Borrelli P., Meusburger K., Panagos P. Using the USLE: Chances, challenges and limitations of soil erosion modelling // Intern. Soil and Water Conservation Research. 2019. V. 7. Iss. 3. P. 203–225. DOI: 10.1016/j.iswcr.2019.05.004.
  8. Borrelli P., Robinson D. A., Fleischer L. R., Lugato E., Ballabio C., Alewell C., Meusburger K., Modugno S., Schütt B., Ferro V., Bagarello V., Oost K. V., Montanarella L., Panagos P. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion // Nature Communications. 2017. V. 8(1). Art. No. 2013. DOI: 10.1038/s41467-017-02142-7.
  9. Farr T. G., Rosen P. A., Caro E., Crippen R., Duren R., Hensley S., Kobrick M., Paller M., Rodriguez E., Roth L., Seal D., Schaffer S., Shimada J., Umland J., Werner M., Oskin M., Burbank D., Alsdorf D. The shuttle radar topography mission // Reviews Geophysics. 2007. V. 45(2). P. 1944–9208. DOI: 10.1029/2005RG000183.
  10. Golosov V., Koiter A., Ivanov M., Maltsev K., Gusarov A., Sharifullin A., Radchenko I. Assessment of soil erosion rate trends in two agricultural regions of European Russia for the last 60 years // J. Soils Sediments. 2018. V. 18(12). P. 3388–3403. DOI: 10.1007/s11368-018-2032-1.
  11. Kobrick M. On the toes of giants: How SRTM was born // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 2006. V. 72(3). P. 206–210.
  12. McCool D. K., Brown L. C., Foster G. R. Revised Slope Steepness Factor for the Universal Soil Loss Equation // Trans. American Society of Agricultural Engineers. 1987. V. 30. P. 1387–1396.
  13. Mondal A., Khare D., Kundu S., Mukherjee S., Mukhopadhyay A., Mondal S. Uncertainty of soil erosion modelling using open source high resolution and aggregated DEMs // Geoscience Frontiers. 2017. V. 8. P. 425–436. DOI: 10.1016/j.gsf.2016.03.004.
  14. Montanarella L., Pennock D. J., McKenzie N., Badraoui M., Chude V., Baptista I., Mamo T., Yemefack M., Singh Aulakh M., Yagi K., Young Hong S., Vijarnsorn P., Zhang G.-L., Arrouays D., Black H., Krasilnikov P., Sobocká J., Alegre J., Henriquez C. R., de Lourdes Mendonça-Santos M., Taboada M., Espinosa-Victoria D., AlShankiti A., Alavi Panah S. K., Elsheikh E. A. E. M., Hempel J., Camps Arbestain M., Nachtergaele F., Vargas R. World’s soils are under threat // Soil. 2016. V. 2. P. 79–82. DOI: 10.5194/soild-2-1263-2015.
  15. Panagos P., Borrelli P., Meusburger K., Bofu Yu, Klik A., Lim K. J., Yang J. E., Ni J., Miao C., Chattopadhyay N., Sadeghi S. H., Hazbavi Z., Zabihi M., Larionov G. A., Krasnov S. F., Gorobets A. V., Levi Y., Erpul G., Birkel C., Hoyos N., Naipal V., Oliveira P. T., Bonilla C. A., Meddi M., Nel W., Dashti H. A., Boni M., Diodato N., Van Oost K., Nearing M., Ballabio C. Global rainfall erosivity assessment based on high-temporal resolution rainfall records // Scientific Reports. 2017. V. 7(1). Art. No. 4175. DOI: 10.1038/s41598-017-04282-8.
  16. Pandey A., Himanshua S. K., Mishra S. K., Singh V. P. Physically based soil erosion and sediment yield models revisited // Catena. 2016. V. 147. P. 595–620. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.08.002.
  17. Rodriguez E., Morris C. S., Belz J. E. A global assessment of the SRTM performance, Photogramm // Photogrammetric Engineering Remote Sensing. 2006. V. 72. P. 249–260. DOI: 10.14358/PERS.72.3.249.
  18. Tachikawa T., Kaku M., Iwasaki A., Gensh D. B., Oimoen M. J., Zhang Z., Danielson J. J., Kreiger T., Curtis B., Haase J., Abrams M., Carabajal C. ASTER global digital elevation model version 2 — Summary of validation results: technical report / compiler: D. Meyer; NASA Land Processes Distributed Active Archive Center, Joint Japan – US ASTER Science Team, Sioux Falls: EROS, 2011. 27 p.
  19. Takaku J., Tadono T., Tsutsui K. Generation of High Resolution Global DSM from ALOS PRISM, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences // Intern. Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. ISPRS TC 4th Symp. 14–16 May 2014, Suzhou, China. 2014. V. XL-4. P. 243–248. DOI: 10.5194/isprsarchives-XL-4-243-2014.
  20. Takaku J., Tadono T., Tsutsui K., Ichikawa M. Quality Improvements of ‘AW3D’ Global DSM Derived from ALOS PRISM // Proc. IEEE Intern. Symp. Geoscience and Remote Sensing (IGARSS). Valencia, Spain. 2018. P. 1612–1615. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8518360.
  21. Van Oost K., Govers G., Desmet P. J. J. Evaluating the effects of changes in landscape structure on soil erosion by water and tillage // Landscape Ecology. 2000. V. 15. P. 577–589. DOI: 10.1023/A:1008198215674.
  22. Van Rompaey A., Verstraeten G., Van Oost K., Govers G., Poesen J. Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach // Earth Surface Processes and Landforms. 2001. V. 26(11). P. 1221–1236. DOI: 10.1002/esp.275.