CC BY
32
-------------------------------- © Е.Н. Смоленцева, И.Д. Зольников,
В.А. Лямина, Н.В. Глушкова,
2009
УДК 631.445.52, 528.855(235.222)
Е.Н. Смоленцева, И.Д. Зольников, В.А. Лямина,
Н.В. Глушкова
МОНИТОРИНГ ЗАСОЛЁННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Для мониторинга засолённых комплексов на территории Западной Сибири использована серия разновременных космических снимков. Построена серия схем, позволяющая оценить изменения ландшафтных обстановок с 1989 по 2008 гг. Оценены площади засоления исследуемого полигона.
Ключевые слова: мониторинг, дистанционное зондирование, аридизация, засоление.
в я риродно-территориальные комплексы (ПТК) лесостеп--Я. Л. ной и степной зон Западной Сибири (ЗС) интенсивно используются в сельском хозяйстве, поэтому играют важную роль в жизнеобеспечении местного населения. В условиях глобальных изменений климата и интенсивной эксплуатации в структуре локальных ПТК происходят трансформационные процессы, требующие изучения и оценки возникающих изменений. В последние годы всё заметнее проявляется тенденция аридизации климата ЗС, что обусловлено как уменьшением количества выпадающих осадков, так и повышением среднегодовой температуры воздуха. Анализ климатических изменений, проведённый ИВЭП СО РАН по данным ряда метеостанций Кулундинской равнины показал, что на 1985 год пришелся минимум осадков (на 100 мм меньше по сравнению с 1960 г.). При этом общий климатический тренд за последние 50 лет свидетельствует об аридизации климата района. В лесостепной и степной зонах результатом климатических изменений являются изменение режима речной сети и уменьшение акваторий озёр, а также пространственная перестройка засолённых комплексов. Для оценки современного состояния и мониторинга ПТК в южной части ЗС была выбрана территория сельскохозяйственного предприятия в пределах Кулундинской равнины.
Для мониторинга засолённых комплексов была использована серия разновременных снимков близких по сезону: Landsat TM (1 августа 1989г.), Landsat ЕTM+ (3 сентября 2001г.), SPOT-2 (28 августа 2008г.). Анализировались каналы 1, 2, 3, 4, 5 снимков Landsat ТМ и ЕТМ+ видимого, ближнего и среднего ИК-диапазонов, а также первые три канала датчика SPOT-2. Предварительная обработка космических снимков включала в себя радиометрическую и атмосферную коррекции. Для снимков SPOT проводилась дополнительная привязка к данным Landsat. Уровень обработки снимков Landsat ТМ и ЕТМ+ — L1G с ортокоррекцией (пространственное разрешение 28,5 м), снимка SPOT-2 — L1A. Обработка и классификация космических снимков проводилась в программном пакете ENVI, построение плотностных сеток и оверлейные операции с векторными объектами проводились в программном пакете ArcGIS. Для выделения участков распространения солончаков и воды по космическим снимкам осуществлялась классификация с обучением правилом максимального правдоподобия по эталонным участкам со снимков. В качестве эталонов были выбраны участки с локализацией солончаков, водных объектов, пашен, нераспаханных участков, леса. Полученные в результате классы солончаков и водных объектов конвертировались из растра в соответствующие векторные слои.
По результатам классификации каждого из снимков были построены плотностные сетки отдельно по солончакам и по водным объектам, что было необходимо для сравнения снимков с различным пространственным разрешением (Landsat - 28,5 м; SPOT - 20 м). Плотностные сетки строились с шагом 5 м и радиусом 100 м. Эти параметры были подобраны таким образом, чтобы результат наиболее контрастно отражал границы векторных объектов, полученных при классификации снимков. Далее были рассчитаны разницы плотностных сеток разных годов: 1) Landsat ETM+ 2001 -Landsat TM 1989, 2) SPOT-2 2008 - Landsat ETM+ 2001, 3) SPOT-2 2008 - Landsat TM 1989. Полученные разницы были реклассифицированы в сетку со значениями -1, 0, 1. Пороговые значения для реклассификации были получены путем анализа статистического и пространственного распределения плотностных характеристик. При этом значение 0 соответствует территории, на которой не произошло изменение обстановки; значение -1 соответствует Динамика площадей солончаков и озёр
Год, временной интервал Площадь солончаков Площадь озёр
(тип данных) кв. м % кв. м %
1989 (Landsat ТМ) 71998652 4,60 38379624 2,45
2001 (Landsat ЕТМ+) 47035773 3,00 45131046 2,88
2008 ^РОТ-2) 63698365 4,10 36402147 2,32
1989-2001 (Landsat ЕТМ+ -Landsat ТМ ) *-24962879 -1,60 +6751422 +0,43
2001-2008 ^РОТ-2 - Landsat ЕТМ+) *+16662592 +1,1 -8728899 -0,56
1989-2008 (SPOT-2-Landsat ТМ) -8300287 - 0,5 -1977477 - 0,13
Примечание: *- уменьшение площади, + увеличение площади.
территории, где картографируемые объекты исчезли; значение 1 соответствует территории, где картографируемые объекты появились. Далее полученные сетки были преобразованы в векторный формат, позволяющий проводить оверлейные операции. Путем проведения серии оверлейных операций были определены: 1) озёра, вновь заполнившиеся водой, 2) солончаки, появившиеся за счет деградации растительности, 3) солончаки, появившиеся за счет отступления озер, 4) галофитные сообщества по солончакам, 5) зарастающие озера.
В результате была построена серия схем, позволяющая оценить изменения ландшафтных обстановок за прошедший период времени (таблица). Площадь оценочной территории в границах сцен космических снимков составила 1566 квадратных километров. Первый временной интервал (1989-2001 гг.) характеризуется уменьшением площади солончаков на 1,6% (здесь и далее проценты приведены от всей площади изучаемой территории) и увеличением площади озер на 0,43%, при этом только одно крупное озеро высохло, 12 озер появилось, и многие озера увеличили свою площадь. Второй временной интервал (2001-2008 гг.) характеризуется увеличением площади солончаков на 1,1% и уменьшением площади озер на 0,56% при этом появились 7 озер,
и 4 озера высохло. Таким образом, в первом и во втором временных интервалах присутствует разнонаправленная тенденция динамики озер и солончаков. Разница между 1989 и 2008 годами характеризуется уменьшением площади солончаков на 0,5% и уменьшением площади озер на 0,13%.
Таким образом, использование ДДЗЗ и анализ климатических изменений позволили выделить основные элементы динамики экосистем степного биома ЗС при аридизации климата. Так, в ПТК Кулундинской равнины происходит структурная перестройка между основными компонентами экосистем: почвами, водными объектами и растительностью. В засушливые периоды (1980-1990) на месте высохших озёр образуются соровые солончаки. Также в этот период в озёрных котловинах происходит интенсивное гидрогенное засоление почв и деградации засолённых почв в солончаки, за счёт чего площадь солончаков дополнительно увеличивается. В растительном покрове происходит образование галофитных сообществ на месте солонцеватых степей. По мере нарастания атмосферного увлажнения (1989 - 2001) происходит частичное заполнение высохших озёрных ванн, увеличение площадей озёр и уменьшение площади солончаков. Начало третьего тысячелетия также характеризовалось засушливыми условиями, что привело к увеличению площади солончаков и уменьшению акваторий озёр. В целом за двадцатилетний период (1989-2008) произошло уменьшение площадей, как озёр, так и солончаков. Площадь солончаков сокращается не только в результате затопления озёрными водами, но и частично за счёт зарастания галофитной растительностью.
Проведённые исследования показали перспективность использования ДДЗЗ для мониторинга засолённых комплексов степного биома ЗС, однако наличие сложной динамики компонентов ПТК требует разработки специальных алгоритмов для его проведения.гатш
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта № 14/16 программы президиума РАН.
Smolentceva E.N., ZolnikovI.D., Lyamina V.A.,
Glushkova N. V.
MONITORING OF SALTED COMLEXES ON THE WESTERN
SIBERIA TERRITORY ON THE REMOTE SENSED DATA.
For monitoring salted comlexes on the Western Siberia territory the serie of images maked at different years are used. The schemes allowing to estimate landscape environment changes from 1989 to 2008 is constracted. The salted areas of studing polygone is estimated.
Key words: monitoring, remote sensing, aridization, salting.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Смоленцева Елена Николаевна — научный сотрудник, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: smolentseva@issa.nsc.ru
Зольников Иван Дмитриевич - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и минералогии СО РАН, ГИС-Центр, г. Новосибирск, e-mail: zol@uiggm.nsc.ru Лямина Виктория Александровна - кандидат геолого-минерало-гических наук, научный сотрудник, Институт геологии и минералогии СО РАН, ГИС-Центр, г. Новосибирск, e-mail: balandis@uiggm.nsc.ru
Глушкова Надежда Владимировна - кандидат технических наук, Институт геологии и минералогии СО РАН, ГИС-Центр, г. Новосибирск, e-mail: hope@uiggm.nsc.ru
