Бисезонный индекс леса для картографирования защитных лесных насаждений

Защитные лесные насаждения (ЗЛН) –важный компонент устойчивого функционирования агроландшафтов, препятствующий развитию процессов водной и ветровой эрозии. В последние десятилетия темпы создания ЗЛН в России многократно снизились по сравнению с серединой прошлого века. При этом в силу естественных и антропогенных факторов существующие ЗЛН подвержены процессам масштабной деградации, в то время как информация об их актуальном состоянии практически отсутствует. Существующие информационные продукты типов земного покрова и мониторинга лесов охватывают ЗЛН лишь частично. Полезащитные лесные полосы, имеющие ширину 10-20 м, очень фрагментарно отражены на существующих глобальных и национальных спутниковых картах лесов. Известные подходы к картографированию ЗЛН основаны на экспертном дешифрировании данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) сверхвысокого пространственного разрешения или наземной съемке с помощью GPS-приемников (Антонов, 2020; Begimova, 2021; Koshelev, Tkachenko, 2021). Такие методы трудоёмки и не могут применяться на больших территориях. В работе предложен новый метод картографирования ЗЛН на основе разновременных спутниковых данных ДЗЗ с использованием бисезонного индекса леса BSFI (Bi-Season Forest Index), вычисляемого как нормализованная разница минимального значения NDVI за вегетационный сезон и максимального альбедо, определяемого в зимний период при наличии снежного покрова на земной поверхности (Шинкаренко и др., 2022). Зимние спутниковые изображения достаточно широко применяются в лесном хозяйстве (Барталев и др., 2022а; 2022б). Пиксели с положительными значениями данного индекса могут быть отнесены к покрытым древесной растительностью территориям. Проведено сравнение площади ЗЛН, выделенной на основе BSFI по данным спутниковой съемки инструментом Sentinel-2, с результатами экспертного дешифрирования детальных спутниковых изображений и широко распространенных информационных продуктов спутникового картографирования земного покрова. Сравнительный анализ показал наличие тесной связи получаемых на основе данных Sentinel-2 результатов с оценками площади ЗЛН по материалам экспертного дешифрирования детальных спутниковых изображений, характеризуемую коэффициентом корреляции R=0,99, а также позволил установить величину точности выделения лесов на основе данного индекса на уровне 91%. Относительная ошибка выделения полезащитных лесных полос в зоне 50 м вокруг границ полей составила 9%. Предложенный подход рекомендуется для картографирования ЗЛН в малолесных регионах, где возможно получение спутниковых изображений земной поверхности с наличием снежного покрова.

Работа выполнена в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8) c использованием возможностей УНУ ВЕГА-Science (Loupian et al., 2022), входящей в Центр коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).