Использование результатов выборочных наземных измерений характеристик лесов для локальной оценки точности карты запасов стволовой древесины по данным MODIS

При использовании данных локальных наземных измерений для валидации продуктов обработки данных ДЗЗ среднего/низкого пространственного разрешения прямое сравнение значений пикселей и результатов наземных измерений на расположенных внутри них тестовых участках часто является некорректным в силу потенциальной пространственной неоднородности пикселя большого размера. В докладе представлен подход к использованию результатов наземных измерений характеристик лесов на тестовых участках размером 10-20 м для локальной оценки точности карты запасов стволовой древесины, разработанной в ИКИ РАН на основе спутниковых данных прибора MODIS с пространственным разрешением 250 м (Барталев и др., 2016). В основе представленного подхода лежит использование данных ДЗЗ высокого разрешения для формирования пространственно-детальных оценок запаса на основе результатов наземных измерений и последующее их осреднение в пределах пикселей MODIS, содержащих тестовые участки, для учета их неоднородности.
В работе использовались данные наземных измерений высот и диаметров деревьев, собранные для 11-ти тестовых участков на территории Якутии в рамках проекта «Мультиплатформенный дистанционный мониторинг воздействия изменения климата на северные леса России» специалистами Географического факультета МГУ и Института географии РАН. Для формирования пространственно-детальных оценок запаса использовался спутниковый снимок Sentinel-2 за 31 марта 2019 г. Для каждого тестового участка были рассчитаны значения удельного запаса стволовой древесины [м3/га] по данным наземных измерений и средние значения отражательной способности покрытой снегом земной поверхности в ближнем ИК диапазоне по данным Sentinel-2, информативные для оценки запаса (Zharko et al., 2020). Указанные данные использовались для разработки регрессионной модели зависимости отражательной способности от величины запаса, применение которой к данным исходного снимка Sentinel-2 позволило сформировать карту удельных запасов стволовой древесины лесного покрова вблизи тестовых участков с пространственным разрешением 10 м. Полученные оценки запаса усреднялись в пределах каждого пикселя размером 250 м, содержащего тестовый участок, и сравнивались со значениями запаса исходной карты по данным MODIS.
Применение описанного подхода позволило продемонстрировать существенно более высокий уровень согласованности между оценками запаса по данным MODIS и по данным наземных измерений – если прямое сравнение значений пикселей и результатов наземных измерений на расположенных внутри них тестовых участках характеризуется величиной R2 = 0,07, то применение настоящего подхода для учета неоднородности пикселей MODIS показывает значительно более высокое значение R2 = 0,65.
Работа выполнена в рамках российско-британского проекта «Мультиплатформенный дистанционный мониторинг воздействия изменения климата на северные леса России». Проект финансируется Британским Советом (грант Institutional Links № 352397111) и Министерством науки и высшего образования РФ (уникальный идентификатор проекта RFMEFI61618X0099). Как основа для выполнения работ были использованы результаты различных научных проектов, в том числе, проекта РФФИ "Разработка автоматической информационной технологии глобального картографирования наземных экосистем на основе данных спутниковых наблюдений 2008 - 2009" (08-07-12093-офи). Обработка и анализ данных выполнялись с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).