УДК 631

ДИСТАНЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПАСТБИЩ ПО ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫМ ДАННЫМ И НА ОСНОВАНИИ КОСМОСНИМКОВ РАЗНОГО РАЗРЕШЕНИЯ

Муратова Н.Р.1, Бекмухамедов Н.Э.1
1Институт космических исследований имени академика У.М.Султангазина

Аннотация
Статья посвящена дистанционной оценке состояния естественных пастбищ по гиперспектральным данным и на основании космоснимков разного разрешения.

Ключевые слова: вегетационные индексы, подспутниковые полигоны, проективное покрытие, спектральные образы, Экологическое состояние


REMOTE EVALUATION OF NATURAL GRASSLAND ON HYPERSPECTRAL DATA AND ON THE BASIS OF SATELLITE IMAGES OF DIFFERENT RESOLUTION

Muratova N.R.1, Bekmuhamedov N.E.1
1Institute for Space Research named after academician U.M. Sultangazin.

Abstract
The article is remote evaluation of natural grassland on hyperspectral data and on the basis of satellite images of different resolution.

Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Муратова Н.Р., Бекмухамедов Н.Э. Дистанционная оценка состояния естественных пастбищ по гиперспектральным данным и на основании космоснимков разного разрешения // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/01/815 (дата обращения: 26.01.2017).

Экологические состояния пастбищных ландшафтов и их продуктивность тесно связаны с природными особенностями территории, интенсивностью пастбищных нагрузок, их типами. Вследствие нерегулируемого выпаса на пастбищах меняется видовой состав растений, а именно: выедаются наиболее ценные кормовые виды трав, вытаптывается, выбивается и становится разреженным травяной покров.

Исследования по оценке состояния и продуктивности природных кормовых угодий по космическим снимкам необходимо проводить в динамике, включая исследования одних и тех же районов за ряд лет. Это связано с тем, что дистанционные индикаторы экологической нестабильности и критерии их оценки возможно выявить в результате сравнительного анализа многолетних разновременных космических снимков.

Большое внимание в этом году мы уделили определению проективного покрытия. Покрытие проективное – проекция растений на поверхность почвы – позволяет судить о характере размещения растений, полноте использования ими пространства, их численности и пр. Различаются: общее покрытие почвы ОПП всеми растениями, ярусное – покрытие растениями одного яруса, частное покрытие растениями одного вида. Оценивается покрытие в процентах обычно глазомерно опытным исследователем. Мы усовершенствовали метод определения ОПП, используя для этого фотокамеру в поле, а в процессе камеральной обработки снимков применили алгоритм ISODATA. В наших исследованиях определялось общее проективное покрытие ОПП, которое помогло в процессе камеральных работ через вклад почвы в спектральный образ более точно определить разреженность травостоя и сбитость пастбищ.

Знание проективного покрытия необходимо для дальнейших определений продуктивности растительности при тематической интерпретации спутниковых данных. Анализ проведенных наземных исследований показал прямую зависимость этих двух параметров – проективного покрытия и продуктивности (рисунок 1).

Рис. 1 Взаимосвязь общего проективного покрытия почв и величины зеленой биомассы по наземным данным.

Как следует из приведенного графика, при одинаковом ОПП продуктивность может значительно различаться, что зависит от видового состава растительности, наличия грубо стебельных растений и кустарников и т.д.

Полученные данные по проективному покрытию почв и продуктивности легли в основу анализа спутниковых данных различного пространственного разрешения. На данном этапе работы мы оцениваем продуктивность через величину зеленой биомассы на основании данных, собранных в полевой период на подспутниковых полигонах. Методика отбора укосов и определения величины зеленой биомассы описаны в предыдущих отчетах.

При выборе вегетационных индексов мы остановились на NDVI и SAVI, как наиболее информативных при дистанционной характеристике растительного покрова. Расчет вегетационных индексов для определения продуктивности растительного покрова проводился по наземным данным на основе спектрометрических измерений гиперспектрометром Fildspec и спектрометра CROPSCAN, а также по космическим снимкам различного пространственного разрешения – NOAA, MODIS и LANDSAT.

Изучение продуктивности проводилось как по учетным площадкам тестовых участков (до 4-х  на каждом), так и по средним значениям продуктивности по всему участку.  Площадки выбирались с учетом различий в общем проективном покрытии и, соответственно, в величине зеленой биомассы, которая в зависимости от типа растительности была различной иногда и при одинаковом ОПП.

Анализ наземных данных

Результаты расчета вегетационных индексов для учетных площадок приведены на рисунке 2.

Рис. 2  Зависимость вегетационных индексов от величины зеленой биомассы на учетных площадках полигонов «Бозой» и «Шетский»

 

Были рассчитаны зависимости этих индексов для разных типов растительности – пустынной на полигоне «Бозой» и сухостепной на полигоне «Шетский» (рисунок 3).

А

Б

Рис. 3  Зависимость вегетационных индексов от величины зеленой биомассы растительности на учетных площадках полигонов «Бозой» – А и «Шетский» – Б

 

Результаты расчета вегетационных индексов для тестовых участков приведены на рисунке 4.

 

Рис. 4  Зависимость вегетационных индексов от величины зеленой биомассы на тестовых участках.

 

Эти графики указывают лишь на то, что индексы NDVI и SAVI в различной степени отражают наличие растительности. Более верно при наших исследованиях изучать величины индексов и величину биомассы для определенных растительных группировок, чтобы через их зависимости выйти на расчеты продуктивности конкретного типа растительности. С этой целью были выбраны контура однотипной растительности: полынно-типчаковой и злаково-луговой (рисунок 5).

Полынно-типчаковая растительность

Злаково-луговая растительность

 

Рис. 5  Зависимость вегетационного индекса NDVI от величины зеленой биомассы разных видов растительности.

Расчеты вегетационных индексов по наземным данным  спектрометрических и биометрических измерений и величины зеленой биомассы легли в основу построения кривых зависимости NDVI от величины зеленой биомассы. Полученные зависимости (прогнозные кривые) могут служить основой прогноза продуктивности растительности пастбищ данного типа

Определение зависимости величины индексов NDVI и SAVI по спутниковым данным проводился по космическим снимкам различного пространственного разрешения – NOAA, MODIS и LANDSAT. В работе использованы следующие космические снимки: NOAA за 15.06.2011г., MODIS за 18 и 22.06. 2011г., LANDSAT за 4.05 и 10.06 2011г

По снимкам NOAA реакция вегетационных индексов на биомассу по наземных данным отсутствует. Это понятно, размеры тестовых участков могут составлять до 1 км2, но они имеют неправильные формы и никак не вписываются в размер пиксела NOAA.

Иной результат мы получили при обработке данных со спутников MODIS и  LANDSAT (рисунки 6 и 7).

Рис. 6Зависимость вегетационных индексов NDVI и SAVI от продуктивности по данным спутника MODIS для сухостепной и пустынной растительности пастбищ.
 

 
Рис. 7 Зависимость вегетационных индексов NDVI и SAVI от продуктивности по данным спутника LANDSAT.

В данном случае мы анализировали весь объем наземной информации по зеленой биомассе и получили хороший отклик со спутниковых данных на продуктивность пастбищ. Считаем, что для последующего анализа и расчета продуктивности растительного покрова на территории Казахстана можно использовать данные со спутников MODIS и LANDSAT.

Таким образом, на основании наших исследований, можно отметить, что для характеристики продуктивности растительного покрова по спутниковым данным можно использовать вегетационные индексы NDVI и SAVI по снимкам MODIS и LANDSAT.


Библиографический список
  1. Муратова Н.Р., Северская С.М., Курочкина Л.Я./Методические основы подспутниковых наблюдений растительного покрова//  Серия «Казахстанские космические исследования». Т.6: «Прикладные космические исследования в Казахстане» изд-во Дайк-пресс.2010 г., с. 38-48.


Все статьи автора «Бекмухамедов Н.Э.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: