CC BY
0УДК 528.88. 528.854. 631.459.3 DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1545-1550
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ОПУСТЫНИВАНИЯ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ GEOINFORMATION ANALYSIS OF DESERTIFICATION OF ARID TERRITORIES
Юферев В.Г.
Yuferev V.G.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук», Волгоград, Россия Federal Scientific Center of Agroecology, Integrated Land Reclamation and Protective Afforestation,
Russian Academy of Sciences, Volgograd, Russia
E-mail: yuferevv@vfanc.ru
Аннотация. Геоинформационный анализ состояния, функционирования и динамики процессов опустыненных территорий с применением геоинформационных технологий обеспечивает пространственно-определенной информацией о степени опустынивания ландшафтов, а аналитическое картографирование дает возможность установить закономерности процессов деградации и опустынивания агролесоландшафтов и их приуроченность к существующим литологическим, почвенным, геоморфологическими, растительным, климатическим условиям, с учетом интенсивности антропогенного воздействия.
Методология картографических исследований функционирования компонентов агролесоландшафтных комплексов в условиях природно-антропогенной трансформации, деградации и опустынивания в переходных природно-географических зонах, базируется на комплексном использовании геоинформационных технологий для картографирования пространственных данных, аэрокосмических методов для анализа актуального состояния агроландшафтов в современных условиях и математико-картографического моделирования для прогнозирования развития опустынивания на территории исследований.
Разработанная ранее методология ландшафтно-динамической оценки процессов деградации и опустынивания к функционированию агролесоландшафтов базируется на гипотезе о том, что ландшафт является сложной геосистемой, включающей разнородные элементы, функционирующие во взаимосвязи, друг с другом и взаимно влияющие друг на друга во времени и пространстве.
Изменения, которые проходят в процессе функционирования ландшафтов, связаны с внешними и внутренними факторами. В связи с этим решение задачи геоинформационного анализа состояния опустыненных территорий в степной, сухостепной и полупустынной природно-климатической зоне с применением информационных технологий и аэрокосмических методов актуальна для разработки соответствующих тематических, аналитических карт и картографических моделей.
Ключевые слова: анализ, состояние, аридные территории, опустынивание. картографирование.
Abstract. Geoinformation analysis of the state, functioning and dynamics of processes in desolate territories using geoinformation technologies provides spatially determined information about the degree of desertification of landscapes, and analytical mapping makes it possible to establish patterns of degradation and desertification of agroforestry landscapes and their relevance to existing lithological, soil, geomorphological, plant, climatic conditions, taking into account the intensity of anthropogenic impact.
The methodology of cartographic studies of the functioning of components of agroforestry landscape complexes in conditions of natural and anthropogenic transformation, degradation and desertification in transitional natural geographical zones is based on the integrated use of geoinformation technologies for mapping spatial data, aerospace methods for analyzing the current state of agro-landscapes in modern conditions and mathematical cartographic modeling to predict the development of desertification in the research area.
The previously developed methodology of landscape-dynamic assessment of the processes of degradation and desertification to the functioning of agroforestry landscapes is based on the hypothesis that the landscape is a complex geosystem, including heterogeneous elements functioning in interconnection with each other and mutually influencing each other in time and space.
The changes that take place during the functioning of landscapes are related to external and internal factors. In this regard, solving the problem of geoinformation analysis of the state of desolate territories in the steppe, dry-steppe and semi-desert natural and climatic zones using information technologies and aerospace methods is relevant for the development of appropriate thematic, analytical maps and cartographic models.
Key words: analysis, condition, arid territories, desertification, mapping.
1545
Введение. Разработка картографических слоев актуального состояния, функционирования и динамики процессов опустынивания, как составной части базы данных геоинформационной системы, позволяет установить современное состояние аридных территорий и на основании сравнения изменений такого состояния, составить прогноз степени опустынивания объектов исследований. Разработанные карты состояния участков аридных территорий фактически являются пространственными моделями, отражающими фактическое состояние исследуемой территории по степени и видам деградации, могут служить для решения как хозяйственных, так и широкого спектра практических задач.
Картографическое геоинформационное моделирование является результатом взаимодействия геоинформатики и компьютерного картографирования. Суть картографического геоинформационного моделирования состояния, функционирования и динамики процессов опустыненных территорий составляет информационно-картографическое описание геосистем [1].
Особенности картографического геоинформационного моделирования:
- высокая степень автоматизации;
- системный подход к отображению и анализу геосистем;
- интерактивность картографирования, тесное сочетание методов создания и использования карт;
- оперативность, приближающаяся к реальному времени, в т.ч. с широким использованием данных дистанционного зондирования;
- многовариантность, допускающая разностороннюю оценку ситуаций и спектр альтернативных решений;
- создание изображений и новых типов и видов (электронные карты, 3D модели и др.).
При этом подготовка входных пространственно-распределенных данных и
пространственное представление результатов моделирования реализуется с использованием современных возможностей геоинформационных технологий. Источниками аэрокосмической информации являются космоснимки, получаемые со спутников «WorldView 3, 4», «Sentinel 2», «Landsat-8, 9», «Канопус 2», Terra и архивные аэрофотоснимки ФНЦ агроэкологии РАН.
Материалы и методы. Методология картографических исследований функционирования компонентов агролесоландшафтных комплексов в условиях природно-антропогенной трансформации, деградации и опустынивания в переходных природно-географических зонах, базируется на комплексном использовании геоинформационных технологий для картографирования пространственных данных, аэрокосмических методов для анализа актуального состояния агроландшафтов в современных условиях и математико-картографического моделирования для прогнозирования развития опустынивания на территории исследований.
Разработанная ранее методология ландшафтно-динамической оценки процессов деградации и опустынивания к функционированию агролесоландшафтов базируется на гипотезе о том, что ландшафт является сложной геосистемой, включающей разнородные элементы, функционирующие во взаимосвязи, друг с другом и взаимно влияющие друг на друга во времени и пространстве.
Изменения, которые проходят в процессе функционирования ландшафтов, связаны с внешними и внутренними факторами. В связи с этим решение задачи геоинформационного картографирования состояния опустыненных территорий в степной, сухостепной и полупустынной природно-климатической зоне с применением информационных технологий и аэрокосмических методов актуальна для разработки соответствующих тематических, аналитических карт и картографических моделей.
Геоинформационный анализ и картографирования состояния опустыненных территорий с применением информационных технологий является составной частью формирования базы пространственных данных, которая даёт возможность определить современное состояние [2, 3].
Полученные карты актуального состояния, функционирования и динамики процессов опустынивания территорий, как составная часть банка данных ГИС, позволяют оценить современное состояние и прогнозировать темпы восстановительной динамики ландшафтов в разных лесорастительных условиях. Такие карты фактически являются пространственными моделями, отражающими системное разнообразие исследуемой территории, могут служить для решения как хозяйственных, так и широкого спектра практических задач. Слои локальной ГИС динамики опустынивания аридных территорий составляются по разновременным снимкам. Если моменты съемки отстоят во времени на десятки лет, то приходится сопоставлять разнотипные
1546
данные - космические снимки, полученные разными съемочными системами, или фотопланы, составленные из аэрофотоснимков, с космическими снимками. В случае, когда для определения состояния изучаемого объекта в каждый из моментов наблюдения использовано несколько разных источников, задача решается путем создания и последующего совместного анализа разновременных карт, называемых переходными, которые фиксируют состояние изучаемого объекта на каждом из этапов. Отличительные особенности и несомненное преимущество серии переходных карт - их сопоставимость: они составлены по предварительно геометрически согласованным снимкам, имеют одинаковое содержание (единую легенду) и цензы отбора и обобщения элементов содержания. Эти особенности являются одновременно и условием последующего совместного анализа такого типа разновременных карт средствами геоинформационных технологий [4-6]. Геоинформационный анализ ландшафтов дает возможность выявить очаги деградации и обеспечить рациональное использование ресурсов для их ликвидации или ввести особый режим их использования [7, 8].
Моделирование состояния, функционирования и динамики процессов опустынивания территорий проводится на основе использования аэро- и космосъемок и результатов их геоморфологического, геоботанического, почвенно-мелиоративного, эрозионного и других обследований. Методические основы таких обследований приведены в работах К.Н. Кулика, Н.Н. Бобровицкой, А.С. Рулева [9-11].
Результаты и обсуждение. Дистанционная оценка опустынивания на территории Прикаспийской низменности в 2023 году была проведена с использованием геоинформационных технологий и программ. по данным космоснимков спутников Канопус 2, Landsat 8,9 и Terra в период 27 августа - 15 октября 2023 г., полученных с сервисов https://earthexplorer.usgs.gov и https://worldview.earthdata.nasa.gov. На основе полученной мозаики космоснимков с разрешением 15 м и точностью позиционирования 12 м (Landsat 8,9) были разработаны космокарты территории Прикаспийской низменности (рисунок 1), результаты дешифрирования которых позволили выделить площади земель, подверженных опустыниванию. К таким землям отнесены участки с разной степенью деградации (рисунок 2), при этом выделены границы участков с проективным покрытием растительностью на них менее 10%, соответствующие степени деградации «бедствие» (рисунок 3).
Рисунок 1. Космокарта Прикаспийской низменности (снимок спутника Terra (Aster) от 01.10.2023 г).
1547
Для уточнения характеристик растительных сообществ и почв, а также получения фотоэталонов аридных территорий были проведены полевые исследования на репрезентативных участках. При этом выявлялись состав фитоценозов, проективное покрытие и уровень засоления.
42°00'00 В 44'0000"В 46,00'00"|3 4а*00'00"В 50*0000"В 52*00'00'В
Рисунок 2. Карта деградации Прикаспийской низменности.
По результатам анализа разработанной космокарты проведено определение степени деградации территории Прикаспийской низменности (таблица 1).
В результате пространственного анализа распределения опустыненных участков установлено, что их максимальная площадь сосредоточена на юго-востоке территории исследований.
Таблица 1
Площади по степени деградации территории Прикаспийской низменности
Степень деградации Площадь, тыс. га Площадь, %
Бедствие 2235,2 16,0
Кризис 3191,5 22,9
Риск 3427,3 24,7
Норма 2129,0 15,3
Пойма 2944,0 21,1
Всего: 13927,0 100
Без учета площади Волго-Ахтубинской поймы и дельты
Бедствие 2235,2 20,4
Кризис 3191,5 29,0
Риск 3427,3 31,2
Норма 2129,0 19,4
Всего: 10983,1 100
1548
Данные исследований опустынивания Прикаспийской низменности показывают, что без учета площади Волго-Ахтубинской поймы к сильно деградированным участкам (бедствие и кризис) относится 49,5% площади территории исследований.
Рисунок 3. Карта распределения участков опустынивания со степенью «Бедствие» территории Прикаспийской низменности в 2023 г.
По полученным картам разработана локальная ГИС опустынивания территории исследований, определено пространственное распределение участков и их площади.
Климатические условия оказывают существенное влияние на экосистемы. Это влияние обусловлено не только небольшим количеством и структурой выпадения осадков, но и влиянием пыльных и песчаных бурь, частота которых в последние годы увеличилась, уже отмечены проявления таких бурь в 2020, 2021 и 2022 годах, В 2023 году проявление пыльных бурь на территории исследований не отмечено.
В связи с этим необходимо отметить, что для сохранения и восстановления аридных экосистем на территории Прикаспийской низменности необходимо проведение фитомелиоративных мероприятий как по закреплению подвижных песков, так и по повышению пищевой ценности, сбитых в различной степени пастбищ ценными видами травянистой и древесной растительности.
Вывод. Использование геоинформационного анализа и дистанционных методов для оценки опустынивания дает возможность выявления пространственных изменений, происходящих на территории мониторинга при изменении уровня воздействия антропогенных и климатических факторов.
1549
Картографирование состояния, функционирования и динамики процессов опустыненных территорий с применением геоинформационных технологий позволяет использовать данные дистанционного зондирования Земли для получения информации о наличии и степени опустынивания территорий, а аналитическое картографирование дает возможность проводить мониторинг процессов деградации и опустынивания с учетом интенсивности антропогенного воздействия и их приуроченности к существующим литологическим, почвенным, геоморфологическими, растительным, климатическим и гидрографическим условиям.
В процессе исследований решена задача геоинформационного картографирования состояния опустыненных территорий в степной, сухостепной и полупустынной природно-климатической зоне с применением информационных технологий и аэрокосмических методов. Поведено выявление изменений ландшафтов, связанных с внешними и внутренними факторами. Разработаны соответствующие тематические и аналитические карты и картографических модели состояния, функционирования и динамики процессов опустыненных территорий. Выполнены картографирование и оценка современного состояния опустыненных земель,
Список литературы
1. Основы геоинформатики / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др. Под ред. В.С. Тикунова. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 352 c.
2. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование // Картография и геоинформатика. Итоги науки и техники. Сер. Картография. Т. 14. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1991. С. 80-117.
3. Кравцова В.И. Космические методы картографирования. М.: Изд-во МГУ, 1995. 240 с.
4. Берлянт А.М. Картография. М.: КДУ, 2011. 46 с.
5. Большаков А.Ф., Базыкина Г.С. Природные биогеоценозы и условия их существования // Биогеоценотические основы освоения полупустыни северного Прикаспия / Под ред. А.А. Роде. М.: Наука, 1974. С. 6-34.
6. Виноградов Б. В. Аэрокосмический мониторинг экосистем / Б. В. Виноградов. М: Наука, 1984. 320 с.
7. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации / В.Г. Юферев [и др.]. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. 102 с.
8. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 336 с.
9. Кулик К.Н., Рулев А.С., Юферев В.Г. Геоинформационный анализ очагов опустынивания на территории Астраханской области // Аридные экосистемы. 2013. Т. 19. № 3(56). С. 87-94.
10. Методические рекомендации по применению материалов аэрофотосъемок для исследования и расчета характеристик водной эрозии почв / Сост. Н.Н. Бобровицкая. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 112 с.
11. Рулев А.С., Юферев В.Г., Юферев М.В. Методология геоинформационного моделирования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. М., 2011. № 5. С. 5-6.
1550
