Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 173-187
Анализ возможности применения радарного индекса DpRVI для оценки лесовосстановления
А.В. Дмитриев
1 , И.И. Кирбижекова
1 , Т.Н. Чимитдоржиев
1 1 Институт физического материаловедения СО РАН, Улан-Удэ, Россия
Одобрена к печати: 09.09.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-173-187
Представлены результаты анализа нерегулярных временных рядов радарного вегетационного индекса на основе данных с двойной поляризацией (DpRVI — англ. Dual polarimetric Radar Vegetation Index) для участка послепожарного лесовосстановления в гористой местности. Для сравнения в качестве эталонов начального состояния и полного лесовосстановления был использован участок без растительности (поле) и контрольные участки хвойного и смешанного леса. Значения индекса DpRVI, которые служат индикатором объёмного рассеяния радиолокационного сигнала почвенно-растительным покровом, были рассчитаны по данным радиолокаторов с синтезированной апертурой с двойной поляризацией PALSAR-1 (англ. Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar) спутника ALOS-1 (англ. Advanced Land Observing Satellite) (2007–2011) и PALSAR-2 ALOS-2 (2015–2019). Установлено, что сезонные вариации индекса DpRVI составляют 60–70 % от общего среднеквадратичного отклонения. Определены эмпирические среднесезонные и среднемесячные значения DpRVI для исследуемых участков за весь период наблюдений, а также отклонения сезонной компоненты S от этих средних значений за последние пять лет. Сезонные отклонения участка послепожарного лесовосстановления в 1,5–2 раза меньше таковых для контрольных участков леса и на такую же величину больше, чем для участка без растительности. Показано отсутствие значимых трендов разности DpRVI – S для участков контрольного леса за весь период наблюдений, что характеризует стабильность объёмного рассеяния и лесной биомассы. На участке подроста установлен значимый линейный тренд роста разности DpRVI – S с коэффициентом корреляции 0,50, что свидетельствует об успешном процессе послепожарного лесовосстановления. Показано, что на основе соотношения индексов DpRVI подроста, контрольного леса и участка без растительности можно получить оценку относительной биомассы с коррекцией влияния рельефа гористой местности, эффекта «насыщения» отражённого радиолокационного сигнала, сезонной неравномерности радиолокационных поляриметрических измерений PALSAR-1/2 ALOS-1/2. Предложенные методы коррекции могут понизить относительную ошибку спутникового определения биомассы лесного подроста до величины, соответствующей наземным измерениям высоты и биомассы лесного подроста и контрольного леса. В целом результаты сравнительного анализа показали, что послепожарный рост DpRVI и, соответственно, биомассы лесного подроста происходит со скоростью 0,57 %/год (полагая за 100 % DpRVI хвойного леса), а прогнозное время полного лесовосстановления составляет порядка 60–90 лет. Результаты исследования показали высокую чувствительность и перспективность применения радиолокационных данных L-диапазона с двойной поляризацией для оценки и долговременного мониторинга процессов послепожарного восстановления лесной растительности даже в условиях гористой местности и нерегулярных разреженных данных.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, лесной подрост, PALSAR-1/2 ALOS-1/2, DpRVI, сезонные изменения, тренд
Полный текстСписок литературы:
- Дмитриев А. В., Чимитдоржиев Т. Н., Дагуров П. Н. (2022а) Оптико-микроволновая диагностика восстановления леса после пожаров // Вычисл. технологии. 2022. Т. 27. № 2. С. 105–121. DOI: 10.25743/ICT.2022.27.2.009.
- Дмитриев А. В., Чимитдоржиев Т. Н., Добрынин С. И. и др. (2022б) Оптико-микроволновая диагностика залесения сельскохозяйственных земель // Современные проблемы дистанционного зондирования из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 168–180. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-168-180.
- Дмитриев А. В., Чимитдоржиев Т. Н., Кирбижекова И. И., Номшиев Ж. Д. Исследование возможностей декомпозиции H-α для двойной поляризации при радиолокационном мониторинге залесения // Исслед. Земли из космоса. 2023. № 5. С. 3–12. DOI: 10.31857/S0205961423050032.
- Карпов А. А., Богданов А. П., Пирцхалава-Карпова Н. Р., Демина Н. А. Использование ДЗЗ для мониторинга лесовосстановления в бореальных лесах // Изв. Санкт-Петербургской лесотехн. акад. 2019. № 229. С. 23–43. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.229.23-43.
- Кирбижекова И. И., Чимитдоржиев Т. Н., Дмитриев А. В. и др. Метод оценки лесовосстановления на основе совместного анализа индекса выгорания NBR и радиолокационного индекса объёмной неоднородности DPRVI // Материалы 21-й Международ. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 2023. С. 374. DOI: 10.21046/21DZZconf-2023a.
- Родионова Н. В., Вахнина И. Л., Желибо Т. В. Оценка динамики послепожарного состояния растительности на территории Ивано-Арахлейского природного парка (Забайкальский край) по радарным и оптическим данным спутников Sentinel-1/2 // Исслед. Земли из космоса. 2020. № 3. С. 14–25. DOI: 10.31857/S0205961420030045.
- Саженкова Т. В., Пономарёв И. В., Пронь С. П. Методы анализа временных рядов: учебно-метод. пособие. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. ун-та, 2020. 60 с.
- Чимитдоржиев Т. Н., Дмитриев А. В., Кирбижекова И. И. и др. Дистанционные оптико-микроволновые измерения параметров леса: современное состояние исследований и экспериментальная оценка возможностей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 9–26. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-9-24.
- Bondur V., Chimitdorzhiev T., Kirbizhekova I., Dmitriev A. Estimation of postfire reforestation with SAR polarimetry and NDVI time series // Forests. 2022. V. 13. No. 5. Article 814. DOI: 10.3390/f13050814.
- Bondur V., Chimitdorzhiev T., Kirbizhekova I., Dmitriev A. A novel method of boreal zone reforestation/afforestation estimation using PALSAR-1, -2 and Landsat-5, -8 data // Forests. 2024. V. 15. No. 1. Article 132. DOI: 10.3390/f15010132.
- Jung M., Lesiv M., Warren-Thomas E. et al. The importance of capturing management in forest restoration targets // Nature Sustainability. 2023. P. 1321–1325. DOI: 10.1038/s41893-023-01192-8.
- Kirbizhekova I. I., Chimitdorzhiev T. N., Baltukhaev A. K. et al. Reforestication analysis using temporal NDVI and ALOS-2 PALSAR-2 polarimetric data // CEUR Workshop Proc. 2021. V. 3006. P. 116–126. DOI: 10.25743/SDM.2021.24.26.016.
- Kirbizhekova I. I., Chimitdorzhiev T. N., Dmitriev A. V., Baltukhaev A. K. Monitoring of post-fire reforestation based on vegetation indices of optical and radio bands // 29th Intern. Symp. “Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics”. 2023. V. 12780. Article 127806H. DOI: 10.1117/12.2690939.
- Mandal D., Kumar V., Ratha D. et al. Dual polarimetric radar vegetation index for crop growth monitoring using Sentinel-1 SAR data // Remote Sensing of Environment, 2020. V. 247. Article 111954. DOI: 10.1016/j.rse.2020.111954.