Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 1. С. 131-147
Анализ информативности температурно-вегетационного индекса при решении задач мониторинга влажности напочвенного растительного покрова тундровой зоны (на примере полигона Бованенковского месторождения, полуостров Ямал)
1 Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 14.01.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-1-131-147
Влажность напочвенного растительного покрова (НРП) тундровых зон относится к числу основных факторов, влияющих на состояние и деградацию мёрзлых грунтов в условиях потепления климата и антропогенного воздействия. На примере полигона Бованенковского месторождения (полуостров Ямал) впервые рассмотрена возможность применения температурно-вегетационного индекса WI (англ. Wet Index) для характеристики многолетних и краткосрочных изменений влажности НРП и субстратов до глубины проникновения суточных колебаний температуры. Анализ проводился на основе снимков со спутников Landsat летних съёмок (июль – август) за период с 1984 по 2023 г. в районах техногенной нагрузки, а также на различных геоморфологических уровнях и участках фоновой области полигона. В работе дополнительно использовались временные ряды индекса NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index), характеризующего концентрацию зелёной массы растительности, индекса NDWI (англ. Normalized Difference Water Index) для оценки влажности на поверхности покрова, а также параметра, характеризующего суммарную площадь водоёмов (СПВ). В отличие от индексов NDVI, NDWI и СПВ, сезонные (летние) изменения индекса WI явно не зависят от температуры воздуха и характеризуются постепенным снижением WI от начала июля к концу августа, что соответствует тенденциям постепенного роста температуры и увеличения глубины сезонно-талого слоя. На участке более длительного антропогенного воздействия и на примыкающем к нему участке поймы фоновой области отмечаются наиболее существенные (значимые) тренды снижения WI, нормализованного относительно всей фоновой области. Данный факт скорее свидетельствует о влиянии климатического потепления, однако влияние антропогенных факторов также не исключается. Выявленные различия многолетних изменений нормализованных относительно фоновой области индексов WI, NDWI и NDVI на различных геоморфологических уровнях могут быть признаками разной реакции типов криогенного ландшафта на потепление климата. Схожие тенденции изменения индексов указывают на их взаимную связь и приуроченность к трансформациям НРП. Приведены примеры краткосрочных аномальных изменений индекса WI, связанных со спуском воды из озёр и строительством объектов, в том числе с образованием новых водоёмов, что подтверждает достаточно высокую его информативность при решении задач мониторинга и динамического картографирования влажности НРП тундровых зон.
Ключевые слова: Бованенковское месторождение, влажность, напочвенный растительный покров, потепление климата, температурно-вегетационный индекс, тренды, тундра, Landsat
Полный текстСписок литературы:
- Анисимов О. А., Шерстюков А. Б. Оценка роли природно-климатических факторов в изменениях криолитозоны России // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. № 2. С. 90–99.
- Васильев А. А., Облогов Г. Е., Широков Р. С. Долговременный мониторинг глубины сезонного протаивания пород в типичных тундрах западного Ямала // Криосфера Земли. 2023. Т. 27. № 4. С. 3–13. DOI: 10.15372/KZ20230401.
- Конищев В. Н. Реакция вечной мерзлоты на потепление климата // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5. География. 2009. № 4. С. 10–20.
- Корниенко С. Г. Характеристика антропогенных трансформаций ландшафтов в районе Бованенковского месторождения по данным спутников Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 106–129. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-106-129.
- Корниенко С. Г. Изучение динамики термокарстовых озёр в районе Ямбургского месторождения по данным спутников Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 246–260. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-246-260.
- Корниенко С. Г., Елсаков В. В. Оценка информативности температурно-вегетационного индекса как индикатора влажности напочвенного растительного покрова тундровой зоны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 3. С. 155–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-3-155-170.
- Крицук Л. Н., Дубровин В. А. Карты геокриологического районирования как основа геоэкологической оценки осваиваемой территории криолитозоны // Разведка и охрана недр. 2003. № 7. С. 12–15.
- Морозова Л. М., Магомедова М. А. Структура растительного покрова и растительные ресурсы полуострова Ямал. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2004. 63 с.
- Московченко Д. В. Особенности многолетней динамики растительности Бованенковского месторождения (полуостров Ямал) // Вестн. Тюменского гос. ун-та. 2013. № 12. С. 57–66.
- Ardelean F., Onaca A., Chetan M.-A. et al. Assessment of spatio-temporal landscape changes from VHR images in three different permafrost areas in the Western Russian Arctic // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 23. Article 3999. DOI: 10.3390/rs12233999.
- Elsakov V. V., Kaverin D. A., Shchanov V. M. The study of seasonal vertical changes of ground surface in the Polar Ural foothills based on field measurements and Alos PALSAR radar interferometry // Earth’s Cryosphere. 2021. V. 25. No. 5. P. 36–46. DOI: 10.15372/KZ20210505.
- Gao B. NDWI — A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space // Remote Sensing of Environment. 1996. V. 58. P. 257–266. DOI: 10.1016/S0034-4257(96)00067-3.
- Mann H. B. Nonparametric tests against trend // Econometrica. 1945. V. 13. P. 245–259.
- Roy D. P., Kovalskyy V., Zhang H. K. et al. Characterization of Landsat-7 to Landsat-8 reflective wavelength and normalized difference vegetation index continuity // Remote Sensing of Environment. 2016. V. 185. P. 57–70. DOI: 10.1016/j.rse.2015.12.024.
- Schieldge J. P., Kahle A. B., Alley R. E., Gillespie A. R. Use of thermal inertia properties for material identification // SPIE Image Processing for Missile Guidance. 1980. V. 238. P. 350–357.
- Teillet P. M., Barker J. L., Markham B. L., Irish R. R., Fedosejevs G., Storey J. C. Radiometric cross-calibration of the Landsat-7 ETM+ and Landsat-5 TM sensors based on tandem data sets // Remote Sensing of Environment. 2001. V. 78. P. 39–54.
- Tucker C. J. Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation // Remote Sensing of Environment. 1979. V. 8. P. 127–150. DOI: 10.1016/0034-4257(79)90013-0.
- Weng Q., Lu D., Schubring J. Estimation of land surface temperature-vegetation abundance relationship for urban heat island studies // Remote Sensing of Environment. 2004. V. 89. P. 467–483. DOI: 10.1016/j.rse.2003.11.005.
- Xu H. Modification of normalised difference water index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery // Intern. J. Remote Sensing. 2006. V. 27. No. 14. P. 3025–3033. DOI: 10.1080/01431160600589179.