Динамика спектрального отклика по данным Landsat разновозрастных послепожарных участков в лиственничниках криолитозоны

В настоящее время фиксируется увеличение частоты [1], а также, независимо от состава растительности, и интенсивности горения пожаров Сибири [2] в условиях климатических изменений. Это актуализирует решение задачи количественной оценки долговременного послепожарного воздействия на экосистемном уровне [3]. Послепожарное воздействие на региональном уровне, в частности в Сибири, успешно оценивается с использованием данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В практике оценке динамики восстановления после пожаров распространено использование классических вегетационных индексов, таких как NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index) и индекса листовой поверхности LAI (англ. Leaf Area Index). Изменение состава растительного покрова после пожара влияет на тепловой режим ландшафтов в виде увеличения нагревания поверхности. Такие изменения можно эффективно отслеживать с применением данных о температуре поверхности – LST (англ. Land Surface Temperature).
Цель работы – количественная оценка многолетней динамики спектральных характеристик (NDVI, LAI, LST) послепожарных лиственничников Эвенкии по данным Landsat с привязкой к материалам полевых обследований и с выделением категорий высоты (350 м) послепожарных участков.
Рассмотрена динамика спектральных признаков (NDVI, LAI, LST) на разновозрастных послепожарных участках в лиственничниках криолитозоны в районе интересов (пос. Тура, Эвенкия, Красноярский край) и окрестностей в пределах 65 км. Разновозрастные пожарные события представлены за период 1968–2025 гг. Спектральный отклик оценивался на материалах Landsat-8, -9 за 2014–2026 гг. с привязкой к натурным обследованиям [4] в окрестностях пос. Тура.
Многолетние ряды рассматриваемых спектральных характеристик аппроксимированы полиномами 4-й (NDVI и LAI) и 3-й степени (LST) с коэффициентами детерминации 0,86, 0,85 и 0,51 для NDVI, LAI и LST, соответственно, при α = 0,05. По спектральным кривым вегетационных индексов выделяются характерные периоды восстановительной сукцессии I) 10–15 лет – послепожарный рост индексов вследствие активного прироста фитомассы живого напочвенного покрова, II) 15–32 лет интервал превышения значений индексов на участках после пожаров над фоновым уровнем, III) 32–60 лет период стабилизации значений индексов в пределах значений на фоновых участках, характеризующий восстановление древесного полога. Для LST наблюдаются период (до ~33 лет) значимого отклонения (до ~137%) от фонового уровня, что согласуется с результатами натурных обследований состояния теплоизоляционного слоя. Слой мхов и лишайников в течение 23–39 лет после пожара находится в угнетенном состоянии, а их общее проективное покрытие не превышает ~1% площади послепожарных участков. В последующий период (33–60 лет) наблюдается флуктуация в пределах фоновых значений (~100%), что возможно связано с формированием условий для восстановления мохово-лишайникового покрова, после чего теплоизоляционные свойства субстрата и глубина залегания мерзлоты восстанавливаются, что отражается в выравнивании значений LST на послепожарных и фоновых участках.

Сопоставление данных ДЗЗ с натурными показало, что на ранних стадиях (до 5 лет) быстрый прирост фитомассы нижнего яруса обуславливает повышение значений NDVI (82±5%) и LAI (61±11%) к фоновому уровню, тогда как к 10–15 году восстановительной сукцессии NDVI и LAI достигают уровня 97–99% от нормы в следствии доминирования кустарничков. Далее спектральный отклик на послепожарных участках превышает фоновый уровень и достигает максимального разрыва к 32 году при NDVI ~119%, а LAI ~150%. Натурные данные подтверждают, что в течение ~20–25 лет формируется лиственничный древостой густотой ~1,1 тыс. шт./га с проективным покрытием ЖНП до 80–90%, а через 39 лет густота древостоя может достигать ~2,7 тыс. шт./га при среднем уровне густоты на фоновых участках ~1,8±0,8 тыс. шт./га.
Анализ разновысотных участков показывает, что в начальный период (до 12 лет) восстановления значимых различий спектральных характеристик растительности в выявленных высотных категориях отсутствуют. Спектральный отклик, формируемый низким разряженным подростом березы (0,1–1,6 м, до 12 тыс. шт./га) не вносит существенный вклад в интегральную характеристику спектрального отклика на участках высотной категории >350 м и нивелируется спектральным откликом травяно-кустарничкового яруса. В последующий период (до 58 лет) за счёт различий в структурном составе растительности на участках категории >350 м отклик в значениях вегетационных индексов становится более выраженным. Значения LST на участках 350 м. В начальный период (до 12 лет) это превышение незначительно (~1%), в период превышения вегетационного отклика послепожарных участков над фоном это значение растет до ~4±4%, а далее несколько снижается (до ~2±5%).
Полученные закономерности динамики NDVI, LAI и LST на разновозрастных и разновысотных послепожарных участках лиственничников Эвенкии могут быть использованы для калибровки и верификации результатов спутникового мониторинга послепожарного восстановления лиственничников.