Методические основы спутниковых технологий контроля параметров землепользования аридных территорий Республики Казахстан

Ключевым моментом развития Национальной системы космического мониторинга территории Республики Казахстан является разработка методических основ применения спутниковой информации для дистанционного контроля землепользования. В настоящее время решение этой задачи осуществляется на региональном масштабе и включает широкий спектр проблем зернового производства в северных областях республики, количественного учета поглощения углерода растительным покровом степных экосистем и оценки состояния естественной растительности Прикаспийского региона. Технологии тематического использования данных космической съемки разработаны для различных спутниковых систем как низкого, среднего, так и высокого разрешения и в основном охватывают вопросы распознавания различных типов растительного покрова и оценки их состояний в зависимости от погодных особенностей и агротехнических приемов возделывания пахотных угодий.
Республика Казахстан является крупным производителем и экспортером зерна в Центральной Азии. Большая часть посевов зерновых культур (около 12 миллионов га) расположена на севере республики в зоне рискованного земледелия. Крупный размер полей делает возможным применение спутниковой информации среднего разрешения для анализа спектральных характеристик зерновых полей. Среди факторов, влияющих на урожайность зерновых культур в Северном Казахстане, основными являются весенний запас продуктивной влаги в почве и погодные условия вегетационного периода (температурно-влажностный режим), агротехнические приемы, качество и сроки их проведения, сортовые особенности семенного материала, засоренность, вредители и болезни, содержание в почве питательных веществ и др. Отдельные факторы и степень их воздействия возможно оценить по спутниковым данным. Круг вопросов включает ежегодный мониторинг снежного покрова и весеннего запаса продуктивной влаги пахотных земель, детектирование календарных дат ярового сева, определение площадей ярового сева и парующихся полей, оценку состояния, засоренности и прогноз продуктивности зерновых культур. Решение задач основывается на регрессионных моделях и стандартных методах классификации. Калибровка спутниковых данных проводится по наземным биометрическим и спектрометрическим измерениям на подспутниковых полигонах и данных маршрутного обследования.
Растительный покров естественных экосистем служит основным индикатором экологической стабильности, поэтому изучение состояния растительного покрова особенно актуально в местах с высокой антропогенной нагрузкой. Производство, связанное с нефтегазовым сектором экономики Казахстана, оказывает существенное влияние на экосистемы северо-восточного Прикаспия. Оценка состояния растительного покрова по данным TERRA/MODIS показала, что в 2002 – 2004 гг. наблюдалась высокая годовая изменчивость сезонной динамики индексов NDVI. Межгодовые различия в основном определялись температурными условиями с февраля по апрель, количеством осадков и наличием нагонных явлений. Анализ состояния растительности Прикаспийского региона в целом и по отдельным ландшафтам позволил разработать схему оценки техногенного влияния промышленных объектов на растительный покров на небольших участках.
Существенное воздействие на состояние наземных экосистем степной зоны Казахстана оказала распашка земель и замещение природных экосистем агроценозами. Это привело к изменению запасов биомассы и гумуса почв, величин чистой первичной продукции и эмиссии СО2 в атмосферу. На примере Шетского района Карагандинской области, расположенного в центральной части Казахстана, проведены модельные расчеты продуктивности и запасов углерода в надземной биомассе на основе спутниковых карт типов подстилающей поверхности и землепользования и разработанного алгоритма оценки продуктивности естественной и культурной растительности; оценены масштабы степных пожаров.