Исследование возможностей совместного использования продуктов обработки оптических и лидарных спутниковых данных ДЗЗ для картографирования высоты лесного покрова

Авторы
Богодухов М.А. (1,2), Барталев С.А. (1, 2), Ворушилов И.И. (1, 2), Жарко В.О. (1, 2)
Организации
(1) Институт космических исследований РАН
(2) Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Сессия
Дистанционное зондирование Земли
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Институт космических исследований РАН, Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Научный руководитель
Барталев С.А.
Текст тезисов
В последнее время становятся доступными всё больше спутниковых лидарных данных. Такие системы, как GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) на борту МКС и ICESat-2 (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite 2), оснащенные лазерными альтиметрами, способны выполнять прямые измерения высоты объектов земной поверхности на больших территориях, и в частности получать информацию о вертикальной структуре растительности. В отличие от оптических спутниковых данных, спутниковые лидарные системы не обеспечивают сплошное покрытие данными. В докладе исследуется возможность совместного использования продуктов обработки спутниковых лидарных данных ICESat-2 и оптических спутниковых данных MODIS для картографирования высоты лесного покрова на территории России.
Стандартный набор данных ATL08 лазерного альтиметра ATLAS/ICESat-2 содержит информацию о вертикальной структуре растительности (Neuenschwander et al., 2020). Кроме того, каждое измерение сопровождается информацией о неопределенности оценки. В докладе представлен метод обработки указанных данных, позволивший сформировать продукт со средней высотой лесного покрова в виде растрового изображения с пространственным разрешением данных MODIS (230 м). При формировании набора данных учитывается информация о точности каждого лидарного измерения в пределах пикселей растра, а наименее достоверные измерения подвергаются фильтрации. Кроме того, в качестве сопровождающего к растру с информацией о средней высоте лесного покрова формируется растр с уровнем неопределенности оценки данной величины на уровне пикселя.
Полученный набор данных используется для исследования зависимостей между средней высотой лесного покрова по данным ICESat-2 и его отражательной способностью в красном и ближнем ИК диапазонах в условиях наличия снежного покрова на основе зимних композитных изображений по данным MODIS. Также используется карта удельных запасов стволовой древесины, полученная по данным MODIS (Ворушилов и др., 2020), для оценки зависимости между высотой леса и запасом. Для изучения указанных зависимостей в разрезе различных типов леса используются карта растительности России и карта преобладающих древесных пород, разработанные в ИКИ РАН на основе данных MODIS (Барталев и др., 2016). Полученные результаты показывают наличие выраженных зависимостей между средней высотой лесного покрова и отражательной способностью/запасом. При этом указанные зависимости значительно изменяются для различных групп пород леса и территорий произрастания.
Таким образом, сформированный набор данных имеет потенциал к использованию в качестве обучающей выборки для картографировании средней высоты лесного покрова на территории России на основе продуктов обработки оптических данных MODIS с использованием разработанного в ИКИ РАН локально-адаптивного подхода (Bartalev et al., 2014).
Исследование выполнено в рамках проекта РНФ № 19-77-30015 «Разработка методов и технологии комплексного использования данных дистанционного зондирования Земли из космоса для развития системы национального мониторинга бюджета углерода лесов России в условиях глобальных изменений климата». Обработка данных ДЗЗ в рамках проведенных исследований выполнялась с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).

1) Bartalev S., Egorov V., Loupian E., Khvostikov S. A new locally-adaptive classification method LAGMA for large-scale land cover mapping using remote-sensing data // Remote Sensing Letters. 2014. Vol. 5. Iss. 1. P. 55-64.
2) Neuenschwander, A. L., K. L. Pitts, B. P. Jelley, J. Robbins, B. Klotz, S. C. Popescu, R. F. Nelson, D. Harding, D. Pederson, and R. Sheridan. 2020. ATLAS/ICESat-2 L3A Land and Vegetation Height, Version 3. Subgroup: Vegetation Parameters. Boulder, Colorado USA. NASA National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center. doi: https://doi.org/10.5067/ATLAS/ATL08.003.
3) Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Шабанов Н.В. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 с.
4) Ворушилов И.И., Барталев С.А., Егоров В.А. Развитие метода оценки запасов стволовой древесины с использованием данных Terra-MODIS // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 305. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a
5) Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Кашницкий А.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Константинова А.М., Кобец Д.А., Мазуров А.А., Марченков В.В., Матвеев А.М., Радченко М.В., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ- Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151-170.