resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2021-26-2-6resar-159Research ArticleОбщая биология. ЭкологияGeneral biology. EcologyОценка нарушенности лесных экосистем и их восстановления после пожаров в Олекминском заповеднике (Россия) по космическим снимкам LandsatEvaluation of the disturbance of forest ecosystems and their recovery after wildfire events in the Olekminsky reserve (Russia) using interpretation of Landsat satellite imageshttps://orcid.org/0000-0002-6830-9130РожковЮ. Ф.RozhkovYu. F.

РОЖКОВ Юрий Филиппович, кандидат химических наук, заместитель директора по научной работе

Олекминск 678100, ул. Филатова, 6

ROZHKOV Yurii Filippovich, Cand. Sci. (Chemistry), Deputy Director for Scientific Research

6 Filatova ul., Olekminsk 678100

olekmazap-nauka@yandex.ruКондаковаМ. Ю.KondakovaM. Yu.

КОНДАКОВА Мария Юрьевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Ростов-на Дону 344090, пр. Стачки, 198

Researcher ID: Z-2288-2019; Scopus ID: 36499623700

KONDAKOVA Maria Yuryevna, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

1983 Stachki pr., Rostov-on-Don 344090

Researcher ID: Z-2288-2019; Scopus ID: 36499623700

vesna-dm@mail.ruФГБУ «Государственный природный заповедник «Олекминский»РоссияState Nature Reserve «Olekminsky»Russian FederationФГБУ «Гидрохимический институт»РоссияHydrochemical InstituteRussian Federation20211709202126294107Copyright © Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю., 20212021Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю.Rozhkov Y.F., Kondakova M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/159

Для целей мониторинга состояния лесных экосистем наиболее эффективно использование возможностей дистанционных методов. На мультиспектральных космических снимках Landsat территории государственного природного заповедника «Олекминский» выделены фрагменты лесов площадью 34,484 км2 (масштаб 1:24000) с различной нарушенностью от пожаров. Затем были сохранены полигоны по трем уровням детализации – 4, 16, 64 с масштабами 1:12000, 1:6000, 1:3000. При дешифрировании проводилась неуправляемая классификация фрагмента, полигонов методом ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technigue) на 2, 4 класса. Были построены кривые распределения значений индексов лесистости для полигонов 3-го уровня детализации. Характер кривых распределения значений нарушенных полигонов отличаются от нормального, тогда как у ненарушенных близки к нормальному распределению. Расчет коэффициента корреляции между рядами значений индексов по годам показал, что на всех трех уровнях детализации коэффициент корреляции ненарушенного полигона в 5–10 раз выше, чем нарушенного. Дана оценка нарушенности лесных экосистем по показателям тематической разности пикселов и индексу лесистости. По результатам классификации на четыре класса была проведена статобработка с расчетом показателей разности и подобия полигонов – дисперсии генеральной совокупности и теста Фишера (F-тест). Рассмотрены результаты изменения дисперсии генеральной совокупности и F-теста на разных уровнях детализации.

For the purposes of monitoring the state of forest ecosystems, it is most effective to use the capabilities of remote sensing methods. Fragments of 27.562 km2 (scale 1: 16000) of Gmelin larch (Larix gmelinii Rupr.) with various disturbances caused by fire were identified on the Landsat ETM + multispectral satellite images of the Olekminsky State Nature Reserve. Then polygons were saved at three levels of detail-4, 16.64 with scales 1: 8000, 1: 4000, 1: 2000. When decrypting, an uncontrolled classification of a fragment and polygons was carried out using the ISODATA method (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technigue) into 2.4 classes. Distribution curves of the values of forest cover and productivity indices were constructed for the polygons of the 3rd level of detail. The nature of the distribution curves of the values of disturbed polygons differ from the normal one, while in the undisturbed ones they are close to the normal distribution of the values. Calculation of the correlation coefficient between the series of values of the indices by year showed that at all three levels of detailing the correlation coefficient of an undisturbed polygon is 2–3 times higher than that of a disturbed one. According to the results of classification into 4 classes, statistic processing was carried out with the calculation of indicators of the difference and similarity of polygons the variance of the general population and the Fisher test (F-test). The results of changes in the variance of the general population and the F-test at different levels of detail are considered.

дешифрирование космических снимковклассификация Isodataиндексы лесистостидисперсияF-тестsatellite image interpretationIsodata classificationforest cover indexdispersionF-testReferencesБарталев С.А., Егоров В.А., Крылов А.М., Стыценко Ф.В., Ховратович Т.С. Исследование возможностей оценки состояния поврежденных пожарами лесов по данным многоспектральных спутниковых измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 3. С. 215–225.Bartalev S.A., Egorov V.A., Krylov A.M., Stycenko F.V., Hovratovich T.S. Issledovanie vozmozhnostej ocenki sostoyaniya povrezhdennyh pozharami lesov po dannym mnogospektral’nyh sputnikovyh izmerenij // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2010. Vol. 7, No. 3. P. 215–225.Барталев С.А., Стыценко Ф.В., Хвостиков С.А., Лупян Е.А. Методология мониторинга и прогнозирования пирогенной гибели лесов на основе данных спутниковых наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 6. С. 176–193.Bartalev S.A., Stycenko F.V., Hvostikov S.A., Lupyan E.A. Metodologiya monitoringa i prognozirovaniya pirogennoj gibeli lesov na osnove dannyh sputnikovyh nablyudenij // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2017. Vol. 14, No. 6. P. 176–193.Маркс А. Мониторинг лесов с помощью группировки спутников Rapid Eye // Геоматика. 2011. № 3. С. 58–66Marks A. Monitoring lesov s pomoshch’yu gruppirovki sputnikov Rapid Eye // Geomatika. 2011. No. 3. P. 58–66.Чикидов И.И., Борисов Б.З., Исаев А.П. Оценка площади очагов массового размножения сибирского шелкопряда в 1999–2000 гг. в Центральной Якутии по данным Spot Vegetation // Наука и образование. 2010. № 4(60). С. 76–82.Chikidov I.I., Borisov B.Z., Isaev A.P. Ocenka ploshchadi ochagov massovogo razmnozheniya sibirskogo shelkopryada v 1999-2000 gg. v Central’noj YAkutii po dannym Spot Vegetation // Nauka i obrazovanie. 2010. No. 4(60). P. 76–82.Крылов А.М., Владимирова Н.А. Дистанционный мониторинг состояния лесов по данным космической съемки // Геоматика. 2011. № 3. С. 53–57.Krylov A.M., Vladimirova N.A. Distancionnyj monitoring sostoyaniya lesov po dannym kosmicheskoj s”emki // Geomatika. 2011. No. 3. P. 53–57.Шихов А.Н., Перминов С.И., Киселева Е.С. Оценка подверженности бореальных лесов Урала воздействию лесных пожаров и ветровалов по многолетним рядам спутниковых наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 4. С. 87–102.SHihov A.N., Perminov S.I., Kiseleva E.S. Ocenka podverzhennosti boreal’nyh lesov Urala vozdejstviyu lesnyh pozharov i vetrovalov po mnogoletnim ryadam sputnikovyh nablyudenij // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2017. Vol. 14, No. 4. P. 87–102.Василевич М.И., Елсаков В.В., Щанов В.М. Применение спутниковых методов исследований в мониторинге состояния лесных фитоценозов в зоне выбросов промышленного предприятия // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 1. С. 30–42.Vasilevich M.I., Elsakov V.V., SHCHanov V.M. Primenenie sputnikovyh metodov issledovanij v monitoringe sostoyaniya lesnyh fitocenozov v zone vybrosov promyshlennogo predpriyatiya // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2014. Vol. 11, No. 1. P. 30–42.Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Полевщикова Ю.А., Незамаев С.А., Демишева Е.Н. Сравнительный анализ спутниковых снимков высокого разрешения при дешифрировании древостоев, загрязненных отходами силикатного производства // Вестник ПГТУ. 2013. № 2. С. 74–90.Kurbanov E.A., Vorob’ev O.N., Polevshchikova Yu.A., Nezamaev S.A., Demisheva E.N. Sravnitel’nyj analiz sputnikovyh snimkov vysokogo razresheniya pri deshifrirovanii drevostoev, zagryaznennyh othodami silikatnogo proizvodstva // Vestnik PGTU. 2013. No. 2. P. 74–90.Черненькова Т.В., Басова Е.В., Бочкарев Ю.Н., Пузаченко М.Ю. Оценка биоразнообразия лесов в зоне влияния горно-металлургического комбината «Североникель» // Лесоведение. 2009. № 6. С. 32–45Chernen’kova T.V., Basova E.V., Bochkarev Yu.N., Puzachenko M.Yu. Ocenka bioraznoobraziya lesov v zone vliyaniya gorno-metallurgicheskogo kombinata «Severonikel’» // Lesovedenie. 2009. No. 6. P. 32–45.Динамика антропогенной деградации ландшафтов Западной Сибири при нефтедобыче на примере Мамонтовского и Южно-Балыкского месторождений: (обзор). М.: Гринпис России, 2012. 45 с.Dinamika antropogennoj degradacii landshaftov Zapadnoj Sibiri pri neftedobyche na primere Mamontovskogo i Yuzhno-Balykskogo mestorozhdenij: (obzor). M.: Grinpis Rossii, 2012. 45 p.Токарева О.С., Касьянов И.В. Оценка динамики состояния растений-биоиндикаторов атмосферного загрязнения на основе данных дистанционного зондирования // Вестник науки Сибири. 2011. № 1 (1). С. 268–272.Tokareva O.S., Kas’yanov I.V. Ocenka dinamiki sostoyaniya rastenij- bioindikatorov atmosfernogo zagryazneniya na osnove dannyh distancionnogo zondirovaniya // Vestnik nauki Sibiri. 2011. No. 1 (1). P. 268–272.Терехин Э.А. Оценка нарушенности лесных экосистем юго-запада Среднерусской возвышенности с применением материалов космических съемок // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 4. С. 112–124.Terekhin E.A. Ocenka narushennosti lesnyh ekosistem yugo-zapada Srednerusskoj vozvyshennosti s primeneniem materialov kosmicheskih s”emok // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2017. Vol. 14, No. 4. P. 112–124.Jadunandan Dash et al. MTCI : The MERIS Terrestrial chlorophyll index // ENVISAT Symposium Proceedings / Austria, Salzzburg, 2004.Jadunandan Dash et al. MTCI : The MERIS Terrestrial chlorophyll index // ENVISAT Symposium Proceedings. Austria, Salzzburg, 2004.Hall R.J. et al. Modelling forest stand structure attributes using Landsat ETM+ data: application to mapping of aboveground biomass and stand volume // Forest Ecology and Management. 2006. No. 225. P. 378–390.Hall R.J. et al. Modelling forest stand structure attributes using Landsat ETM+ data: application to mapping of aboveground biomass and stand volume // Forest Ecology and Management. 2006. No. 225. P. 378–390.Krankina O.N., Harmon M.E., Cohen W.B., Oetter D.R., Zyrina O., Duane M.V. Carbon stores, thinks, and sources in forests of northwestern Russia: can we reconcile forest inventories with remote sensing results? // Climatic change. 2004. No. 67. P. 257–272.Krankina O.N., Harmon M.E., Cohen W.B., Oetter D.R., Zyrina O., Duane M.V. Carbon stores, thinks, and sources in forests of northwestern Russia: can we reconcile forest inventories with remote sensing results? // Climatic change. 2004. No. 67. P. 257–272.Пономарев Е.И., Швецов Е.Г., Литвинцев К.Ю. Калибровка оценок пожарных эмиссий на основе данных дистанционного зондирования // Исследование Земли из космоса. 2018. № 5. С. 41–51.Ponomarev E.I., Shvecov E.G., Litvincev K.Ju. Kalibrovka ocenok pozharnyh jemissij na osnove dannyh distancionnogo zondirovanija // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2018. No. 5. P. 41–51.Escuin S., Navarro R., Fernandez P. Fire severity assessment by using NBR (Normalized Burn Ratio) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from Landsat TM/ETM images// Jounal of Remote Sensing. 2008. No. 29. P. 1053–1073.Escuin S., Navarro R., Fernandez P. Fire severity assessment by using NBR (Normalized Burn Ratio) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from Landsat TM/ETM images// Jounal of Remote Sensing. 2008. No. 29. P. 1053–1073.Hudak A.T., Morgan P., Bobbitt M.J., Smith M.S., Lewis S.A., Lentile L.B., Robichand P.R., Clark J.T., McKinley R.A. Relationship of multispectral satellite imagery to immediate fire effects // Journal of Fire ecology. 2007. No. 3. P. 64–90.Hudak A.T., Morgan P., Bobbitt M.J., Smith M.S., Lewis S.A., Lentile L.B., Robichand P.R., Clark J.T., McKinley R.A. Relationship of multispectral satellite imagery to immediate fire effects // Journal of Fire ecology. 2007. No. 3. P. 64–90.Терехин Э.А. Геоинформационный анализ нарушенности лесных экосистем с применением разновременных спутниковых данных // Геоинформатика. 2017. № 3. С. 56–62.Terekhin E.A. Geoinformacionnyj analiz narushennosti lesnyh ekosistem s primeneniem raznovremennyh sputnikovyh dannyh // Geoinformatika. 2017. No. 3. P. 56–62.Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Оценка динамики восстановления лесов после пожаров в Олекминском заповеднике (Россия) по космическим снимкам Landsat // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2019. 4(Вып. 1). С. 1–10. https://dx.doi.org/10.24189/ncr.2019.014Rozhkov YU.F., Kondakova M.YU. Ocenka narushennosti lesnyh ekosistem posle pozharov sispol’zovaniem deshifrirovaniya kosmicheskih snimkov // Fundamental’nye issledovaniya. 2014. No. 9 (part 9). P. 2018–2022.Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Оценка возможности использования показателя симметрии распределения пикселей в мониторинге состояния лесов при дешифрировании космических снимков среднего и высокого разрешения // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2016. Вып. 1(1). С. 98–107. DOI: 10.24189/ncr.2016.008Rozhkov YU.F., Kondakova M.YU. Ocenka vozmozhnosti ispol’zovaniya pokazatelya simmetrii raspredeleniya pikselej v monitoringe sostoyaniya lesov pri deshifrirovanii kosmicheskih snimkov srednego i vysokogo razresheniya // Nature Conservation Research. Zapovednaya nauka. 2016. No. 1(1). P. 98–107. DOI: 10.24189/ncr.2016.008Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Оценка структурных характеристик лесных экосистем с использованием дешифрирования космических снимков высокого и сверхвысокого разрешений // Вестник СВФУ. 2018. № 1 (63). С. 38–51. DOI:10.25587/SVFU.2018.63.10539Rozhkov YU.F., Kondakova M.YU. Ocenka strukturnyh harakteristik lesnyh ekosistem s ispol’zovaniem deshifrirovaniya kosmicheskih snimkov vysokogo i sverhvysokogo razreshenij // Vestnik SVFU. 2018. No. 1 (63). P. 38–51.DOI: 10.25587/SVFU.2018.63.10539Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Сравнительная характеристика лесных массивов с использованием дешифрирования снимков сверхвысокого разрешения // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2020. Т. 25, № 2. С. 125–136. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-10Rozhkov YU.F., Kondakova M.Yu. Sravnitel’naya harakteristika lesnyh massivov s ispol’zovaniem deshifrirovaniya snimkov sverhvysokogo razresheniya // Prirodnye resursy Arktiki i Subarktiki. 2020. Vol. 25, No 2. P. 125–136. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-10Исаев А.С., Князева С.В., Пузаченко М.Ю. и др. Использование спутниковых данных для мониторинга биоразнообразия лесов // Исследование Земли из космоса. 2009. № 2. С. 1–12.Isaev A.S., Knyazeva S.V., Puzachenko M.Yu. et al. Ispol’zovanie sputnikovyh dannyh dlya monitoringa bioraznoobraziya lesov // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2009. No. 2. P. 1–12.Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. М.: Академия, 2004. 336 с.Knizhnikov Ju.F., Kravcova V.I., Tutubalina O.V. Ajerokosmicheskie metody geograficheskih issledovanij. M.: Akademija, 2004. 336 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.