Возможности расчётов количественной оценки состояния озимых зерновых культур в период прекращения вегетации в Центральном федеральном округе России на основе комплексирования наземных и спутниковых данных

Известно, что состояние озимых зерновых культур в период прекращения вегетации осенью в значительной мере определяет исход их зимовки и, следовательно, величину будущего урожая (Вильфанд, Страшная, 2011).
С середины 1990-х годов прошлого века в Гидрометцентре России для подготовки оперативных докладов в органы власти и управления агропромышленным комплексом о состоянии озимых культур ко времени прекращения вегетации использовались не только данные наблюдений гидрометстанций, результаты маршрутных обследований посевов, но по отдельным территориям (центрально-чернозёмные области, территории деятельности Северо-Кавказского и Приволжского УГМС) и данные спутниковых наблюдений, представляемые «ВНИИСХМ». Однако, сокращение плотности сети пунктов наземных наблюдений, сложность проведения маршрутных обследований, а также фрагментарность доступной в то время оперативной спутниковой информации вызвали необходимость поиска надежных способов наблюдений за посевами озимых, отличающихся однородностью, регулярностью и высокой периодичностью.
Современный уровень технологий ДЗЗ и разработка новых информационных систем дистанционного мониторинга позволяют получать однородную оперативную информацию о состоянии сельхозугодий на больших территориях. К такого рода системам относится разработанный ИКИ РАН специализированный спутниковый веб-сервис ВЕГА (http://pro-vega.ru) (Толпин и др., 2014), активно используемый Гидрометцентром России для оценки состояния сельскохозяйственных культур на основе анализа оперативных и исторических данных о динамике вегетационного индекса NDVI. Выполненные нами ранее работы по оценке состояния озимых культур в период прекращения вегетации на основе комплексирования наземных и спутниковых данных на примере Приволжского федерального округа, большая часть территории которого отличается засушливостью, показали хорошие результаты (Страшная и др., 2014). В настоящей работе ставилась задача разработки количественного метода расчёта площадей озимых культур в плохом состоянии в период прекращения вегетации по территории Центрального федерального округа, в южной части которого нередки засухи в период сева и начальной вегетации озимых (Страшная и др., 2011). Оценка площади посевов озимых культур для проведения исследований выполнялась с использованием данных спутникового сперктрорадиометра MODIS (Плотников и др., 2008). Обработка данных MODIS проводилась на основе программно-технического комплекса Центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН (Лупян и др., 2015).
Исследования, проведенные с использованием данных, полученных в период 1982-2015 годов (август-сентябрь) показали существенный рост средних значений и изменчивости гидротермического коэффициента (характеризует увлажнение территории) в период 1999-2015 гг. по сравнению с 1982-1998 гг, в южной части округа. В субъектах северной части округа значимых изменений режима увлажнения не выявлено (Вильфанд и др., 2016).
Анализ динамики площадей в плохом состоянии озимых культур по субъектам южной части округа, а также в целом по округу за период с 2001 по 2015 гг. показал положительные тренды. Площади в плохом состоянии изменялись в основном от 2-3% до 10-12%, а в отдельные годы они достигали 18-20%. Такая изменчивость вызывает необходимость ежегодного расчёта количественной оценки площадей озимых зерновых культур в плохом состоянии в период прекращения вегетации.
Проведённый анализ динамики нарастания вегетативной массы озимых культур осенью, выраженный нами произведением кустистости на высоту растений (k*h), запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы (W0-20) и динамики NDVI по декадам за указанный период показал их хорошую согласованность. Это позволило разработать способ расчёта количественной оценки площадей в плохом состоянии озимых (S0) в период прекращения вегетации на основе комплексирования наземных данных и спутниковых измерений. При этом более надёжные физико-статистические зависимости S0 от указанных агрометеорологических факторов и значений NDVI получены для субъектов южной части округа. Для субъектов северной части территории использование спутниковой информации оказалось менее эффективным.
Работы, представленные в настоящем докладе, были выполнены при поддержке РАН и ФАНО (тема «Мониторинг», госрегистрация № 01.20.0.2.00164).