Использование аэрокосмических данных для выявления и картографирования структурно-динамических особенностей спонтанных и антропогенных фитоэкосистем

Фитоэкосистема представляет собой совокупность растений живущих совместно и взаимодействующих друг с другом и средой обитания, способных к более или менее автономному существованию. При комплексном фитоэкосистемном подходе первостепенное значение приобретает изучение структуры и динамики. При этом, особенно при изучении динамики природных систем, следует отделять процессы спонтанные (естественные) и антропогенные, вызванные деятельностью человека.
Для построения двухрядной классификации фитоэкосистем используются ретроспективные спутниковые данные высокого пространственного разрешения (лучше 6 м) космических аппаратов (КА) RapidEye, WorldView-2, WorldView-3 и данные аэросъемки. Они позволяют выявить не только типологию фитоэкосистем, но и их внутреннюю структуру.
Для выявления региональных фитоэкосистем используются данные многоканальной космической съемки в диапазонах от 0,4 до 1,1 мкм. Классификация изображений фитоэкосистем производится при помощи обработки многоспектральной информации программными модулями ERDAS IMAGINE. Одним из важнейших признаков выделения региональной фитоэкосистемы является рельеф местности. По таким признакам региональных единиц как высота над уровнем моря и уклон местности определяется показатель расчлененности рельефа. Источником информации для получения этих данных служит цифровая модель рельефа, построенная на основе данных сенсора ASTER спутника Terra по модели ASTER GDEM (ASTER Global Digital Elevation Model). Результаты моделирования рельефа необходимы для получения таких пространственных показателей распределения, как например, почвенные, мерзлотные экологические признаки фиоэкосистем.
На следующем этапе решается задача анализа отображения пространственного распределения региональных систем с получением характеристики внешней структуры фитоэкосистем. Для этого используется прием наложения на спутниковый снимок характеристик рельефа, данных тематического классификационного слоя с отображением типологических фитоэкосистем, составляющих региональные эталонные образцы объектов классов при их автоматизации дешифрирования, и получения результатов их пространственного распределения - типологической карты.
Для оценки спонтанной и антропогенной динамики фитоэкосистем проводится анализ изменений очертаний региональных систем, их дешифровочных распознавательных параметров, посредством сравнения аэрокосмических снимков за определенный промежуток времени. В общем виде тематическая обработка всегда сводится к поиску на изображении подстилающей поверхности либо на его участках заданного класса фитоэкосистем (как типологических, так и региональных), которые могут быть различных типов (площадные, линейные, точечные). При этом временной анализ позволяет определить такие динамические процессы как, например, эрозионно-аккумулятивные, солифлюкционные, термокарстовые и т.п., а также выявить потенциально опасные природные и техногенные зоны.
Для оценки динамики признаков самих фитоэкосистем используются данные анализа снимков за определенный промежуток времени через вычисления вегетационных индексов, аналитическое выражение которых зависит от поставленной задачи. Нормализованный разностный вегетационный индекс рассчитывается по данным красного и ближнего инфракрасного каналов. Он имеет лучшую чувствительность к изменениям в растительном покрове и умеренно чувствителен к изменениям почвенного и атмосферного фона. Сенсоры КА RapidEye, КА WorldView-2, КА WorldView-3 содержат также данные в крайнем красном диапазоне спектра, наиболее чувствительном к дифференциации растительности. Этот канал используется в сочетании с ближним инфракрасным каналом для расчета индекса весьма чувствительного к изменениям содержания растительного хлорофилла. При совместном использовании значений этих индексов определяется антропогенная динамика фитоэкосистем.