Разработка системы обработки данных для оценки испарений и накопленного экологического ущерба

Наблюдение за состоянием растительных экосистем является одной из основных задач мониторинга окружающей среды. Важнейшим фактором лесных экосистем является внутренняя циркуляция влаги (evapotranshiration). Внешним проявлением этого процесса является испарение на верхней границе, которое возможно определять в том числе дистанционными методами.

На основе данных прибора MODIS в центре Land Processes Distributed Active Archive Center производится и распространяется продукт MOD16A2/MYD16A2, который представляет восстановленную суммарную эвапотранспирацию за восемь дней с пространственным разрешением 500 м.

Эти данные, в частности, можно использовать для получения сравнительной количественной характеристики состояния однотипных растительных экосистем и оценки возможного ущерба от негативного воздействия внешних факторов. Рассмотрение лесных экосистем с точки зрения термодинамической модели предложен в ряже научных работ (Горный В.И. и др. http://d33.infospace.ru/d33_conf/sb2019t4/124-136.pdf). Испарение на верхней границе растительности при таком подходе выступает прямым показателем её состояния.

В ЦКП «ИКИ-Мониторинг» организовано автоматическое получение этих данных, формирование восьмидневных композитных изображений с информацией о суммарном испарении по всей территории России (рисунок 1), а также формирование сезонных (лето, осень, зима, весна) композитных изображений с информацией о минимальном, среднем и максимальном суммарном испарении по всей территории России за сезон.

 
Рисунок 1 — Пример данных эвапотранспирации за 04.08.2020, спутник Terra (MODIS)

В гранулах (это фрагменты территории 10 000×10 000 км) также рассчитывается показатель экологического вреда (ПЭВ) для семи типов лесных экосистем: темнохвойной, лиственной, светлохвойной, смешанной, смешанной с преобладанием хвойных, смешанной с преобладанием лиственных и хвойной листопадной. Показатель вычисляется по формуле

D = 1 – Ec/Ecр,

где Ec, Ecр — удельные потоки влаги над контролируемой экосистемой и контрольной (здоровой) соответственно.

Для каждого типа из семи экосистем строится гистограмма распределения значений эвапотранспирации внутри гранулы, вычисляются среднее значение и стандартное отклонение этого распределения, на основе которых рассчитывается ПЭВ. В архивах и каталогах ЦКП «ИКИ-Мониторинг» доступны данные эвапотранспирации, а также карты ПЭВ начиная с 2001 г. по настоящее время.

Для более детального анализа и оценки экологического ущерба, нанесённого экосистеме в составе уникальной научной установки ИС «Вега-Science» реализован инструмент «оценка экологического ущерба». С помощью этого инструмента пользователь может производить расчёт ПЭВ по определенному типу лесной экосистемы в выбранной им произвольной области. Для получения значений скорости испарения фоновой экосистемы также используется «статистический подход». При этом статистики распределения строятся внутри выбранной пользователем области (рисунок 2). Результатом работы инструмента являются карты показателя экологического вреда для семи типов лесных экосистем в выбранной пользователем области. Также, для удобства использования, строится композитное изображение этих карт. Пользователь может переключаться между картами ПЭВ, анализируя каждую из представленных экосистем.

 
Рисунок 2 — Результат работы инструмента «оценка экологического ущерба» — композитное изображение ПЭВ для всех из семи типов лесных экосистем