Оценка пространственно-временных изменений тундровых экосистем в условиях климатических флуктуаций на основе полевого материала, аэрофотоинформации и данных космической съемки

Вопрос о влиянии климата на изменение природных объектов, как в пространстве, так и во времени, становится наиболее актуальным для северных районов Российской Федерации. Особую роль играют последствия потепления, наблюдающиеся в последние годы. Это подтверждает анализ оценки климатических флуктуаций значений средних июльских температур, относительной влажности воздуха и скорости ветра за период 1974 по 2018 год, проведенных в сравнении с усредненными данными этих показателей, которые были установлены до 1956 года.
Влияние климатических флуктуаций на пространственно-временные изменения тундровых экосистем устанавливалось через данные полученные в результате многолетних полевых работ. Для характеристики экосистемы как целостного комплекса взаимосвязанных элементов фиксировались показатели факторов среды, в том числе показания о величине сезонно-талого слоя (СТС).
Для характеристики особенностей распределения экосистем использовали материалы аэросъемки. Установление пространственного распределения типов экосистем проводилось через определение площади выявления региональной экосистемы – это наименьшая площадь, на которой развивается типичная композиция составляющих экосистем. В связи с тем, что региональная криогенная экосистема обладает определенной внутренней структурой. Проведение границ однородных участков с определенным размером площади выявления осуществляется по материалам дешифрирования аэрофотоматериалов. Характеристика региональной криогенной экосистемы является основой построения типа выдела к крупномасштабной карте тундровых экосистем с целью выделения территорий с однородной мозаичной структурой. В полевых условиях, кроме описания структуры региональной экосистемы, фиксируются и ее годичные изменения.
Для оценки временной изменчивости признаков тундровых экосистем использовались данные анализа снимков КА WorldView-2, WorldView-3 через вычисления спектральных индексов. в расчетах были использованы нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI), водный индекс (NDWI), индекс открытой почвы (SNBSI), простой коэффициент характерных пигментов (PSSR), показатель неоднородности объектов (NHFD), индекс состояния растительного покрова (FCI) и почвенный индекс (NDSI). Далее, используя рассчитанные индексы, отражающие годичную динамику экосистем в условиях климатических флуктуаций, определялись средневзвешенные величины индексов на размер площади выявления региональной экосистемы - показатель индексной ниши.
Предложенная последовательность обработки материала дает возможность объективной оценки и экстраполяции, данных по пространственно-временным изменениям криогенных экосистем на однородные региональные единицы, при условии климатических флуктуаций. Так, исследования на модельных участках дало возможность утверждать, что изменения климатических условий тундровой зоны, например в 2016-2017 г.г., где средняя июльская температура была максимальной за последние шесть лет и составляла соответственно 20,5°C и 18,3°C, повлияло на некоторые региональные экосистемы. К ним относятся трещиновато-полигональные торфяники, где трещина увеличилась в размере, а мочажина трансформировалась. Но особенно увеличение среднеиюльской температуры отразилось в преобразовании структуры лишайниковых экосистем с подстилающими песками: величина СТС в подобных экосистемах увеличилась почти в 3 раза и достигала145 см, при этом появилось большое количество пятен пучения. Но, как показали данные последнего года, 2018 года, при снижении среднего значения июльской температуры до 15,6°C, величина СТС уменьшилась в рассматриваемой экосистеме до 55 см.
Наши исследования дали возможность предположить, что изменения в структуре комплексов криогенных экосистем на Тазовском полуострове в большей степени зависят не от значений многолетних климатических флуктуаций, а от конкретного годичного температурного режима.
Приносим благодарность компаниям DigitalGlobe (США) и Совзонд (РФ) за возможность апробировать разрабатываемые алгоритмы на космических снимках сверхвысокого пространственного разрешения.