Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 219-231
Взаимосвязь турбулентного тепловлагообмена и NDVI в различных ландшафтных зонах равнин России в летний период
Т.Б. Титкова
1 , А.Н. Золотокрылин
1 , М.А. Тарасова
1, 2 1 Институт географии РАН, Москва, Россия
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Одобрена к печати: 07.10.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-219-231
Проведена детальная оценка взаимосвязи турбулентного тепловлагообмена и вегетационного индекса в течение летних месяцев XXI в. на равнинных ландшафтах Европейской территории России (ЕТР) и Западной Сибири (ЗС). Исследование дало возможность обобщить закономерности связей тепловлагообмена и фитомассы в зависимости от вида ландшафта и региона. Анализ проводился на основе стандартных продуктов реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов (англ. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA5-Land и спутниковой информации MODIS (англ. Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index, нормализованный вегетационный индекс) с помощью метода линейной парной корреляции, а также оценки трендов как самих параметров, так и их связи в каждый месяц летнего сезона. Выявлено, что связь тепловлагообмена с фитомассой находится на среднем уровне и не превышает 0,7 во всех ландшафтных зонах, при этом она значительно меняется в течение летнего сезона. Расчёты показали, что сопряжение турбулентного тепловлагообмена и фитоособенно заметно прослеживается при разреженной растительности в субарктических и суббореальных ландшафтах. Связь потоков явного тепла и фитомассы в течение летнего периода в субарктических и бореальных ландшафтах максимально положительна в июне, затем ослабевает. В суббореальных ландшафтах высокие потоки явного тепла сопряжены с уменьшением фитомассы, где отрицательные связи усиливаются в течение летнего сезона, что наиболее выражено на ЕТР. Получено, что связь нормализованного вегетационного индекса с потоками скрытого тепла сильнее, чем с потоками явного тепла. Турбулентные потоки скрытого тепла и фитомасса положительно взаимосвязаны во всех ландшафтах с максимумом в суббореальной зоне вне зависимости от региона. Эти связи максимальны в июне в субарктической зоне, в июле в бореальной и в июле и августе в суббореальных ландшафтах. Показано, что в субарктической зоне даже незначительное увеличение тепловлагообмена с начала XXI в. в начале летнего сезона сопровождается увеличением фитомассы. В суббореальных ландшафтах положительные тренды потоков явного тепла сопровождаются падением потоков скрытого тепла и фитомассы. Изменение взаимосвязи тепловлагообмена с фитомассой с начала XXI в. наиболее заметно на ЕТР и слабее проявляется в ЗС. Сопряжённость теплообмена с фитомассой растёт в июне и августе и мало меняется в июле. Связь потоков скрытого тепла и фитомассы также растёт в июне и августе в субарктике и бореальной зоне ЕТР, а в суббореальных ландшафтах, наоборот, эти связи слабеют на протяжении всего летнего сезона на фоне уменьшения вегетационного индекса.
Ключевые слова: явное тепло, скрытое тепло, тепловлагообмен, вегетационный индекс, природные зоны, Европейская часть России, Западная Сибирь
Полный текстСписок литературы:
- Гусев Е. М., Насонова О. Н. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой / отв. ред. Л. С. Кучмент, М.: Наука. 2010. 327 с.
- Ландшафты (карта, м-б 1:15 000 000) // Национальный атлас России. Т. 2. Природа. Экология. М.: Картография, 2007. С. 398–399. https://nationalatlas.ru/tom2/398-399.html.
- Оке T. Р. Климаты пограничного слоя / пер. с англ. под ред. А. С. Дубова. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 360 с.
- Пугачёва А. М. Климатические флуктуации сухих степей и их роль в процессе демутации // Аридные экосистемы. 2020. № 3(84). С. 14–22. DOI: 10.24411/1993-3916-2020-10102.
- Русин Н. П., Флит Л. А. Солнце на земле. М.: Советская Россия. 1971. 204 с.
- Степаненко В. М., Репина И.А, Федосов В. Э. и др. Обзор методов параметризации теплообмена в моховом покрове для моделей земной системы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 2. С. 127–138. DOI: 10.31857/S0002351520020133.
- Тепловодообмен в мерзлотных ландшафтах Восточной Сибири и его факторы / ред. Георгеади А. Г., Золотокрылин А. Н.. М., 2007. 275 с.
- Титкова Т. Б., Виноградова В. В. Изменения климата в переходных природных зонах севера России и их проявление в спектральных характеристиках ландшафтов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 310–323. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-310-323.
- Титкова Т. Б., Золотокрылин А. Н. Летние климатические изменения на юге Европейской России // Фундам. и приклад. климатология. 2022. Т. 8. № 1. С. 107–121. DOI: 10.21513/2410-8758-2022-1-107-121.
- Титкова Т. Б., Золотокрылин А. Н., Виноградова В. В. Спектральный портрет равнинных ландшафтов России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 117–126. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-117-126.
- Тишков А. А., Белоновская Е. А., Вайсфельд М. А. и др. Региональные биогеографические эффекты «быстрых» изменений климата в Российской Арктике в XXI в. // Арктика: экология и экономика. 2020. № 2(38). С. 31–44. DOI: 10.25283/2223-4594-2020-2-31-44.
- Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации / Росгидромет. СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 676 с. https://www.meteorf.gov.ru/upload/pdf_download/compressed.pdf.
- IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability // 6th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / eds. H.-O. Pörtner, D. C. Roberts, M. Tignor et al. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2022. 3056 p. DOI: 10.1017/9781009325844, https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg2/.
- IPCC, 2023: Climate Change 2023: Impacts, Adaptation and Vulnerability // 6th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / eds. H. Lee, J. Romero et al. Geneva, Switzerland, 2023. 184 p. DOI: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.
- Kodama Y., Ishii Y., Nomura M., Sato N., Yabuki H., Ohata T. Seasonal energy exchange over tundra region near Tiksi, Eastern Siberia // Activity Report. GAME-Siberia. 2000. P. 13-14.
- Muñoz-Sabater J., Dutra E., Agusti-Panareda A. et al. ERA5-Land: A state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications // Earth System Science. 2021. No. 13(9). P. 4349−4383. DOI: 10.5194/essd-13-4349-2021.
- Schwaab J., Meier R., Mussetti G. et al. The role of urban trees in reducing land surface temperatures in European cities // Nature Communications. 2021. V. 12. Article 6763. DOI: 10.1038/s41467-021-26768-w.
- The surface energy balance // IFS Documentation — Cy41r2: Operational implementation 8 March 2016. Part IV: Physical processes / European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. 2016. 214 p. P. 48–50. https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2021/81271-ifs-documentation-cy47r3-part-iv-physical-processes_1.pdf.
- Wang X., Wu C., Peng D., et al. Snow cover phenology affects alpine vegetation growth dynamics on the Tibetan Plateau: Satellite observed evidence, impacts of different biomes, and climate drivers // Agricultural and Forest Meteorology. 2018. No. 256–257. P. 61–74. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.03.004.
- Wild M. Decadal changes in radiative fluxes at land and ocean surfaces and their relevance for global warming // WIREs Climate Change. 2016. V. 7. No. 1. P. 91–107. DOI: 10.1002/wcc.372. DOI: 10.1002/wcc.372.
- Wu M., Schurgers G., Rummukainen M. et al. Vegetation–climate feedbacks modulate rainfall patterns in Africa under future climate change // Earth System Dynamics. 2016, Vol. 7. Iss. 3. P. 627–647. DOI: https://doi.org/10.5194/esd-7-627-2016.