О КЛИМАТИЧЕСКОЙ ОБУСЛОВЛЕННОСТИ ДИНАМИКИ ЗНАЧЕНИЙ ВЕГЕТАЦИОННОГО ИНДЕКСА NDVI ДЛЯ ЛЕСОСТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮГО-ВОСТОКА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД 2012 ГОДА

Зяблицкая Анна Георгиевна

студент1 курса магистратуры, географический факультет АлтГУ, г .Барнаул

Е-mail: zajanna@mail.ru

Барышникова Ольга Николаевна

научный руководитель, канд. геогр. наук, доцент, географический факультет, АлтГУ, г Барнаул

Повышенный интерес к проблеме глобального климата в последнее десятилетие связан, прежде всего, с влиянием изменений климатических условий на жизнедеятельность человека, функционирование различных отраслей экономики. Изменения глобального климата есть совокупность его региональных изменений различных временных и пространственных масштабов. Именно региональные изменения, носящие зачастую экстремальный характер (засухи, наводнения, суровые и теплые зимы), оказывали и оказывают наиболее существенное воздействие на экономическую и социальную жизнь общества. События, связанные с последним потеплением климата, побудили ученых, практиков и политиков рассматривать климат как важнейший природный ресурс, перераспределение которого между странами имеет серьезные социально экономические и политические последствия, определяющие благосостояние государств мира [1, с. 8]. Важно не просто установить основные тенденции (тренды) изменения температур и осадков за определенный период, а зафиксировать отражение этих изменений в структуре ландшафтов. Смогут ли ранее устойчивые ландшафты всё также нормально функционировать в изменяющихся условиях среды и выдерживать антропогенной нагрузкой?

Климатологами показано значительное воздействие изменений климата на состояние социально экономического развития горных и равнинных территорий. В условиях продолжающегося потепления и аридизации ожидается дальнейшее сокращение площади оледенения, запасов пресной воды, продуктивности пастбищ и пашни, урожайности, биоразнообразия в Алтайском регионе [2, с. 134].

Анализ метеоданных по метеостанции г. Барнаул показал уменьшение количества осадков по сравнению со среднемноголетними значениями, отклонение температуры от климатической нормы, рост континентальности климата.

Сезонная амплитуда минимальных и максимальных температур воздуха по данным метеостанции Барнаул за январь — август 2012 г равна 78.7 ˚С. Сезонная амплитуда среднемесячных значений того же периода 43.1 ˚С. того же периода. Оказалось, что зимние месяцы (ноябрь — февраль) 2011—2012 года были холоднее среднемесячных климатических значений зимних месяцев на 2—8 градусов Цельсия (см рисунок 1), а весенне-летние месяцы, исключая май были значительно теплее климатической нормы (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Отклонение среднемесячной температуры воздуха (2011—2012 гг) от средних многолетних значений за период с 1979 по 2007 гг (по данным ГМС Барнаул)

В осенне-зимний сезон 2011 г наблюдался устойчивый дефицит осадков. Их сумма составила 80 % от нормы. В 2012 г с января по август эта величина составила лишь 64 %. Следует отметить неравномерность выпадения осадков по месяцам и по декадам (см. рисунок 2). В июле 60 мм осадков выпало за один день в результате ливневых локальных дождей, остальные 38 мм приходятся на оставшиеся 30 дней. А в июне выпало 20 % от нормы осадков.

Рисунок 2. Отклонение среднемесячного количества осадков (2011—2012гг) от средних многолетних значений за период с 1979 по 2007 гг (по данным ГМС Барнаул).

Анализ метеоданных по метеостанции г. Барнаул показал уменьшение количества осадков по сравнению со среднемноголетними значениями на 98мм. Все это позволяет предположить, что в районе исследования возрастает континентальность климата. Такие изменения могли привести к снижению продуктивности ландшафтов. Это можно установить с помощью дистанционных методов исследования.

Характерным признаком состояния растительного покрова является его отражательная способность, характеризующаяся большими различиями от сезона к сезону. Знания о связи состояния растительного покрова с его способностями отражать солнечный свет можно использовать космические снимки для идентификации типов растительности и значений их продуктивности, которые вычисляются через индексы. Индексы, рассчитываемые по значениям коэффициентов отражения в узких спектральных диапазонах, дают точные результаты для оценки продуктивности растительного покрова. Использование отражение в узких спектральных каналах позволяет этим индексам фиксировать даже небольшие изменения состояния растительности. Но для расчета этих индексов необходимы данные в узких спектральных зонах (например, гиперспектральные) [3]. Для анализа были использованы серии снимков  LANDSAT 7 ТМ — 30 м. за июнь 2011 г, июнь, июль, август 2012года на территорию 51 с. ш и 83—85 в. д. (часть Приобского плато, долина Оби, Бийско-Чумышская возвышенность); и ENVI4.8. — лицензионный программный комплекс для анализа и обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Рассчитан вегетационный индекс — NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), который для растительности принимает положительные значения, и чем больше зеленая фитомасса, тем он выше. На значения индекса влияет также видовой состав растительности, ее сомкнутость, состояние, экспозиция и угол наклона поверхности, цвет почвы под разреженной растительностью. Расчет производился по двум спектральным каналам видимый красный / Red — band3, B3 0,63—0,69 мкм — Зона нужна для того, чтобы различать множество разновидностей растений, так как содержит полосу поглощения хлорофилла. Смещение этой полосы по спектру может применяться для определения видового состава растений. Ближний инфракрасный /Near Infra Red band4, 0,76—0,90 мкм. Зона особенно чувствительна к количеству вегетационной биомассы, представленной снятой сцене. Это полезно для идентификации сельскохозяйственных почв культур, оценки урожайности, а также для определения береговых линий водных объектов на местности (по контрасту воды / грунта).Максимум интенсивности излучения хлорофилла от здоровой растительности получается в характеристике «красной границы» по разнице между сигналами в 3 и 4 зонах спектра. Растительность, загрязненная нефтепродуктами, может также показать измеримое смещение на «красной границе». Разница между поглощенным и отраженным спектрами, зарегистрированная детекторами позволяет оценить количество и качество зеленой массы [3].

В ходе обработки мультиспектрального изображения на территорию северной части Бийско-Чумышской возвышенности как ключевого района лесостепных ландшафтов в правобережье Оби выявлена динамика индекса NDVIв процентах и рассчитана математическая разница между аналогичными периодами разных лет, месячная динамика зеленой фитомассы в процентах (см. рисунки 3—6).

Максимальные значения NDVI в процентах июня 2012 по сравнению с июнем 2011 года значительно уменьшились, преобладает в ландшафтах показатель от 0 до 25 %, что в 2—3 раза меньше нормального уровня (см. рисунок 3—4).

Увеличение зеленой фитомассы на 10—30 % происходит с июня 2012 по июль 2012 г только в некоторых агроландшафтах. Засеянные зерновыми культурами, поля имеют запаздывание в развитии по сравнению с природными ландшафтами (лугами, степными участками, мелколиственными лесами в балках). А некоторые поля с техническими культурами наоборот не имеют признаков растительного покрова — значение NDVI0 и меньше. В природных ландшафтах вся растительность находится в угнетенном состоянии — спад на 10—50 % (см. рисунки 4—5).

Рисунок 3. NDVIв процентах в июне 2011 года

Рисунок 4. NDVIв процентах в июне 2012 года

Рисунок 5. NDVIв процентах в июле 2012 года

Рисунок 6. NDVIв процентах в августе 2012 года

В августе значение NDVIв процентах увеличиваются в природных ландшафтах: степных — на 10 %, в лесных — на 10—30 %. Максимальные значения перевалили за 50 %. Посевы зерновых культуры теряют 10—20 %, а технические прибавляют 20—30 % NDVI (см. рисунок 5—6).

Подобный характер изменения вегетационного индекса и его низкие значения можно объяснить снижением биопродуктивности геосистем вследствие неблагоприятных климатических условий в регионе. Наиболее важным оказываются для нормальной вегетации дикорастущих видов и сельскохозяйственных культур выпадающие в мае-июне атмосферные осадки, а их количество в 2012 г составило только 40 % от климатической нормы. Июнь был теплее на 4 ˚С теплее нормы. В течение летнего сезона типы ландшафтов остались прежними, проявилась только их реакция на засуху, т. е. снижение продуктивности, качества и количества зеленой массы. Что и позволил количественно оценитьрассчитанный вегетационный индекс.

Список литературы:

1.Логинов В.Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия / В.Ф. Логинов. Минск: ТетраСистемс, 2008. — 496 с.

2.Харламова Н.Ф. Определение тенденции региональных изменений климата при изучении экономических и социально-гуманитарных аспектов развития Большого Алтая / Ползуновский альманах № 3 , 2011. Стр. 134—137

3.Черепанов А.С. Вегетационные индексы / Геоматика № 2(11), 2011 г. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://geomatica.ru/pdf/2011_02/2011_02_016.pdf (дата обращения 26.09.2012)