ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2014, № 3, с. 65-77
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ ЮГОРСКОГО ПОЛУОСТРОВА В УСЛОВИЯХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ПОСЛЕДНИХ ДЕСЯТИЛЕТИЙ
© 2014 г. В. В. Елсаков*, Е. Е. Кулюгина
Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар E-mail: elsakov@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 04.07.2013 г.
Материалы спектрозональных спутниковых съемок в сочетании с полевыми исследованиями были использованы для проведения геоботанического картирования и анализа временных изменений доминирующих фитоценозов территории Югорского п-ова за период последних десятилетий. В зависимости от погодных особенностей вегетационного сезона в разные годы большинство рассмотренных фитоценозов обнаруживают возможность положительных и отрицательных смещений показателя NDVI относительно средних многогодовых величин. Общее направление изменений фитоценозов за период последних десятилетий связано с увеличением показателя индекса и ростом зеленой фитомассы, что обусловлено наблюдаемым трендом потепления в этот временной интервал, и увеличением количества осадков преимущественно в зимний период.
Ключевые слова: растительность Югорского п-ова, материалы спектрозональных спутниковых съемок, климатические флуктуации
DOI: 10.7868/S0205961414030038
ВВЕДЕНИЕ
Метеорологические наблюдения, выполненные для европейского северо-востока России, демонстрируют наличие устойчивого тренда потепления, начинающегося с 1970-х годов и достигшего наибольшую скорость развития в 1980-х, который получил название "современное потепление климата" (Анисимов, Белолуцкая, 2003; Павлов, 2003). Во второй половине 1990-х, 2001-2005-х годов потепление оценивается как очень слабое (Павлов, 2008; Мельников и др., 2007). Увеличение температуры инициирует рост продуктивности тундровых сообществ (Сиротенко, Абашина, 2008; Scott et al., 2005). Выполненные исследования (Оберман, 2007) показывают, что территория Печоро-Уральского региона рассматривается в качестве интенсивно меняющейся в связи с изменениями климатических условий последних десятилетий, что определяется распространением высокотемпературных (до -3°С) и весьма динамичных многолетнемерзлых пород (ММП).
За период последних десятилетий экосистемы криолитозоны европейского северо- востока России демонстрируют наличие отчетливых признаков деградации ММП территории, связанных с ростом среднегодовых температур воздуха, годовых атмосферных осадков, мощности снежного покрова (Оберман, Шеслер, 2009). Присутствие от-
четливых трендов современной деградации ММП проявляется в смещении границ их распространения на цокольных равнинах Приуралья и низкогорного Пай-Хоя на десятки километров за период 1970-2005-х годов, в возникновении многочисленных снежниковых несквозных таликов на междуречьях и повышении температуры мерзлых грунтов (Оберман, 2007; Оберман, Шеслер, 2009; ОЪегшап, 2008), что находит отражение и в изменении характеристик растительного покрова.
Использование материалов спутниковых съемок позволило наблюдать отчетливые особенности климатогенных трансформаций на территории Югорского п-ова, относящейся к зоне сплошного распространения ММП, в период 1973-1990-х годов по показателю интенсивности дренирования термокарстовых озер (Елсаков, Марущак, 2011). Экосистемы территории сохраняли большую устойчивость к изменениям в течение указанного периода, чем южнее расположенные. Для них максимальные изменения показателя количества озер запаздывали в сравнении с участками островной и прерывистой зонами ММП и приходились на более поздние сроки наблюдений (1988—2002 гг.). В данный временной интервал выявленные на территории изменения затронули 66.7% от всех изменений термокарстовых озер, зафиксированных за период 1973—2010 гг.
5
65
Растительный покров территории, являясь основным звеном биоценоза, определяющим продуктивность экосистем, находится в тесной связи с физико-географическими и климатическими условиями и выступает в качестве одного из интегрирующих показателей, обладающих определенной инерцией, маркируя происходящие экоси-стемные изменения. Несмотря на то, что территория восточной части Большеземельской тундры, Югорского п-ова и прилегающих районов привлекали внимание многих исследователей-ботаников, к настоящему времени обобщенных сведений о растительности Югорского п-ова и анализа отмеченных в них изменений недостаточно. Наиболее ранним и полным обобщением по рас-тигельному покрову территории, включающим зональные особенности и геоботаническое районирование, характеристику сообществ и их площадное соотношение остается работа В.Н. Андреева (1935). Привлечение материалов данной публикации в качестве основы для выполнения сравнения с современным состоянием позволяет выявить общие закономерности и направленность процессов трансформации территории под влиянием климатических и погодных флуктуаций и усилившегося хозяйственного влияния последних десятилетий.
Развитие технологий спутникового мониторинга, создание банков данных разновременных изображений позволили существенно расширить возможности оценки причин пространственного распределения и своеобразия фитоценозов и подойти к вопросу анализа трендов и количественных показателей их климатогенных изменений. Системы спутникового мониторинга, выполняющие ежедневный прием данных среднего разрешения MODIS (250 м), и их производные композиты становятся основой для исследований направленности и трендов сезонных и межгодовых изменений количественных показателей растительного покрова, наблюдаемых в период последних десятилетий. Анализ межгодовых изменений материалов съемки MODIS, выполненный для периода 2000—2010 гг. на север Евразии, показал, что на территории Югорского п-ова отмечены наиболее сильные изменения характеристик растительного покрова, связанные с климатическими флуктуациями последних десятилетий (Елса-ков, 2013).
Предметом настоящей работы стал анализ особенностей временных изменений растительного покрова территории Югорского п-ова за период последних десятилетий (2000—2011 г.) как следствие возможной реакции на региональные климатические и погодные флуктуации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследуемая территория в соответствии с геоботаническим подразделением В.Д. Александровой (1977) относится к Урало-Пайхойской подпровинции Восточноевропейско-Западно-сибирской провинции субарктических тундр. Согласно геоботаническому районированию В.Н. Андреева (1935), территория Югорского п-ова отнесена к трем подзонам (рис. 1): подзоне полигональных тундр и осоковых болот (I), подзоне моховых тундр и осоковых болот (II), подзоне мохо-во-ивняковых тундр (III). Наиболее распространенными в первой подзоне являются осоковые болота и полигональные тундры, во второй — осоковые болота и моховые тундры, в третьей — ред-кокустарниковые (моховые) и ивняковые тундры. Граница между второй и третьей подзонами соответствует южной границе Пай-Хоя. Зональное положение занимают в прибрежной части — полигональные тундры, на севере — моховые тундры, на юге редко-ивняковые тундры (Андреев, 1935).
Междуречье рек Васьяха и Большая Ою (район г. Малая Падея), участок побережья Карского моря (Мыс Вылкин Нос) и долина р.Сибирчатая-ха, в 2.7 км выше устья р. Сесыяю стали модельными территориями для работы комплексной экспедиции Института биологии Коми НЦ УрО РАН на территории Югорского п-ова в 2010 и 2012 гг. В результате исследований проведено геоботаническое изучение территории. По материалам спутниковых изображений Landsat-TM5 (съемка 21.07.2000 г. и 13.07.2009 г.), с привлечением собранных геоботанических описаний и данных аэровизуальных вертолетных наблюдений, и с использованием возможностей программного пакета Erdas Imagine выполнена поэтапная управляемая классификация растительного покрова, позволившая составить геоботаническую карту территории М 1 : 100000. Для анализа достоверности результатов классификации и выделения каждого класса растительности составлена матрица ошибок дешифрирования (Лабутина, 2004), отражающая сходимость (доля правильно отде-шифрированных объектов к общему их количеству) с материалами, полученными в ходе полевых геоботанических исследований. Количественную оценку результатов обработки спутниковых изображений проводили с привлечением каппа-статистики (Stephen, 1996).
Для выявления возможных климатогенных изменений территории были собраны данные по основным метеорологическим параметрам (среднесуточные температуры приземного воздуха и количество осадков) метеостанций Воркута и Хоседа-Хард (источник http://ib.komisc.ru/climat), подготовлены разногодовые изображения нормализованно-
Рис. 1. Распределение класса ивняков разнотравно-моховых высокорослых (1) и ерниковых тундр (2) в пределах Югорского п-ова. Римскими цифрами обозначены подзоны: полигональных тундр и осоковых болот (I), моховых тундр и осоковых болот (II), мохово-ивняковых тундр (III). Выделенные полигоны — участки проведения полевых исследований.
го разностного индекса состояния растительного покрова (NDVI) по данным съемки Landsat разных сезонов. Между температурными измерениями метеостанций установлены тесные значимые коррелятивные связи (r2 = 0.95,p < 0.05), что позволяет восстанавливать пробелы в рядах данных долговременных рядов с использованием поправочных коэффициентов.
Вследствие эпизодичности и отсутствия достаточного количества разносезонных съемок Landsat, их редкой годовой повторности выполнение межгодовых и сезонных оценок изменений количественных показателей фитоценозов проводилось с привлечением более доступных, но имеющих более низкое пространственное разрешение сенсоров Terra-MODIS (M0D13Q1.005) и их производных изображений индекса NDVI. Размер пиксела данных изображений 0.25 х 0.25 км, период временного охвата 2000—2011 гг. (источник данных: modis.gsfc.nasa.gov).
Предварительно с целью выявления влияния пространственного разрешения на получаемые характеристики для данных Landsat и MODIS проведен анализ сопоставимости получаемых результатов изменений для общих лет и периодов съемки с их пересчетом до одного пространственного разрешения. Дл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.