Построение карты типов наземных экосистем по данным высокого разрешения для горного региона на основе продуктов ИКИ РАН.

В условиях климатических изменений и возрастает необходимость в картах земного покрова, которые сохраняют подробную легенду существующих продуктов и при этом, передают структуру растительности на высоком пространственном разрешении. Такие карты нужны для мониторинга наземных экосистем, анализа факторов, меняющих растительный покров, и для последующих оценок его продуктивности и углеродного баланса. Карты на основе MODIS задают преобладающий тип покрова в пикселе низкого разрешения и сглаживают особенности мозаики горных ландшафтов, где рядом оказываются разные лесные формации, луговая и тундровая растительность, открытый грунт и скалы, снег.
В ИКИ РАН на основе спутниковых данных разрабатываются информационные продукты о состоянии и структуре наземных экосистем, в том числе карты типов растительного покрова. Одним из направлений их развития является детализация карт низкого разрешения до сетки Sentinel-2 методами машинного обучения: карта MODIS служит источником обучающих данных, а сезонные спектральные признаки Sentinel-2 и рельеф являются основой для восстановления классов внутри пикселя.
Целью работы является оценка возможности построения карты земного покрова Западного Кавказа в разрешении Sentinel-2 по разметке продуктов ИКИ РАН на основе данных MODIS с использованием сезонных признаков и производных морфометрических характеристик рельефа.
В качестве признаков использовались композиты Sentinel-2 за 2024 год: показатели NDVI и его сезонного хода, индексы состояния полога, открытой воды и открытого грунта, медианы отражения каналов видимого, ближнего и коротковолнового инфракрасного диапазонов, а также высота, уклон и экспозиция рельефа. Модель строилась методом градиентного бустинга на основе CatBoost (Prokhorenkova et al., 2018) на языке Python, а также проведен анализ признаков. Обучение и проверка проводились по пространственно-разделенным выборкам, так что оценка характеризует согласие прогноза с исходной картой на независимых участках.
Полученные результаты показали, что такой набор признаков позволяет перенести классы карты MODIS на разрешение Sentinel (10м) и восстановить неоднородность покрова внутри пикселя низкого разрешения. Рельеф разделяет высотные пояса, а сезонный ряд Sentinel-2 уточняет состав растительности внутри пояса, в том числе для спектрально близких классов.
Результаты работы могут быть использованы для анализа пространственной структуры горных экосистем и для уточнения картографических продуктов ИКИ РАН, включая карту типов растительного покрова. В дальнейшем подход может применяться для актуализации границ типов покрова и для повышения детальности оценок продуктивности и углеродного баланса, которые опираются на эти карты.

Работа выполнена в рамках темы ИКИ РАН «Мониторинг» (госрегистрация № 126031818938-6) с использованием сервиса «Вега-Science» (Loupian et al., 2022) и инфраструктуры Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2015).