Научный руководитель: Байгурин Жаксыбек Джакупбекович
Введение. Алматинский ботанический сад – главный ботанический сад, расположен в южной части Алма-Аты на высоте 856 – 906 метров над уровнем моря. В настоящее время площадь сада составляет 103,6 гектаров. Главный ботанический сад — особо охраняемая природная территория со статусом природоохранной и научной организации, предназначенная для проведения исследований и научных разработок по охране, защите, воспроизводству и использованию растительного мира, в том числе редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений.
Любое строительство в ботаническом саду может привести к значительным изменениям в естественных ландшафтах, а его эксплуатация несет в себе риски, которые могут привести к локальным или даже региональным экологическим катастрофам. В условиях горного рельефа и обильных осадков высока интенсивность развития экзогенных геологических процессов, таких как эрозия и оползни. Поэтому изучение поверхности ботанического сада с помощью космической системы наблюдения – метод дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) – представляет крайнюю важность. Дистанционное изучение земель широко используется для решения вопросов безопасности, обороны, энергетики, использования недр и недр земли.
Основное содержание Современные технологии геоинформационного анализа и дистанционного зондирования земли предоставляют уникальные возможности для мониторинга экосистем, в том числе здоровья растительности в ботанических садах. Одним из эффективных инструментов для такого анализа является индекс (NDVI), который позволяет оценить физиологическое состояние растений на основе данных, полученных с космических спутников.
В данной статье рассматривается геоинформационная оценка здоровья растительности ботанического сада г. Алматы с использованием NDVI на платформе Google Earth Engine (рис. 1). Процесс анализа включает в себя сбор данных с различных временных точек, а также их обработку и визуализацию для получения более полного представления о динамике зеленой массы.
Основной акцент делается на выявлении изменений в здоровье растительности, их причинах и воздействии на биоразнообразие ботанического сада. Использование Google Earth Engine позволяет упростить и автоматизировать процесс анализа больших объемов данных, делая исследование более эффективным и точным [3,4].
Рис.1, а)- карта и б) вид ботанического сада г. Алматы
Цель исследования – анализ изменения состояния здоровья растительности ботанического сада г. Алматы с использованием индекса NDVI на основе геоинформационной оценки.
Методы исследования: Геоинформационное картографирование изменения состояния растительности в ботаническом саду г. Алматы на платформе Google Earth Engine за период с 2013 по 2022 гг.. В ходе исследования решались следующие задачи:
– оценка изменений индекса вегетационного покрытия (NDVI) на территории ботанического сада.
– проведение анализа и картографирование изменений в растительном покрове для получения актуальной информации о состоянии изучаемого объекта.
– моделирование растительности в ботаническом саду за период с 2013-2022 гг.
Основными материалами послужили данные космических снимков Google Earth Engine в расчете индекса вегетации NDVI, главным образом для моделирования урожайности за период с 2012-2022 (рис 2) [4].
Рис.2 – Обработанные в Google Earth Engine снимки, полученные в ходе создания моделирования растительности 2013-2022 гг.
Рис.3 – График изменения растительности в ботаническом саду за период 2013-2022 гг..
На графике показана динамика данных за период 2013-2022 гг.. Линия, соединяющая две точки, отображает последовательность этих данных, причем таких последовательных точек относительно немного. Заметны значительные изменения в данных, такие как восходящий тренд в период между мартом и концом апреля, а также спад в конце августа. Каждый год отличается, что, вероятно, связано с сезонными особенностями, такими как весенние дожди и опадание листьев осенью. Общий тренд графика нисходящий, однако стоит отметить, что точка данных за февраль 2021 года может оказать существенное влияние на этот тренд [3].
Рис.4 – График моделирования сложных временных рядов в ботаническом саду за период 2013-2022 гг..
График демонстрирует моделирование сложных временных рядов с использованием гармонической модели. Временной ряд разбит на сумму синусоид с различными частотами. Представленная модель может быть расширена путем добавления дополнительных полос, представляющих более высокие частоты, для более точного описания данных. На графике видно, что модель состоит из двух синусоид с разными частотами и амплитудами, что позволяет учесть два цикла в году. Однако модель имеет значительную погрешность и довольно неточно отражает данные. Например, она не учитывает экстремальные падения значений NDVI и несколько пиков в каждом году, которые не соответствуют модели.
По рисункам отслеживается динамика вегетационного индекса NDVI где максимальным значением является +1, минимальным значением является -1. Мы замечаем значительное изменение данных между мартом и концом апреля вероятно это связано с сезонными особенностями, такими как весенние дожди и опадание листьев осенью [1].
Проведенное моделирование сложных временных рядов с использованием гармонической модели и анализ вегетационного индекса на основе периодических космических снимков позволяют сделать следующие выводы:
1. Гармоническая модель, основанная на нескольких синусоидах с разными частотами и амплитудами, позволяет более точно описать динамику изменения состояния растительного покрова во времени. Она отражает сезонные изменения и позволяет учитывать различные факторы, влияющие на растительность.
2. Использование вегетационного индекса на основе космических снимков дает возможность наглядно представить состояние растительного покрова и его динамику восстановления на изучаемой территории. В данном случае отмечается хорошее восстановление растительного покрова после завершения строительства зоны отдыха.
Оба метода анализа позволяют получить ценную информацию о состоянии и динамике растительного покрова, что может быть полезно для принятия решений по управлению и охране природы, а также для планирования дальнейших исследований и мероприятий по сохранению биоразнообразия.
Выводы. Использование вегетационного индекса, рассчитанного на основе периодических космических снимков, позволило наглядно представить состояние растительного покрова и динамику его восстановления в ботаническом саду города Алматы. Отмечается хорошее восстановление растительного покрова после завершения строительства зоны отдыха. Полученные данные позволяют более детально изучить изменения в растительности на территории ботанического сада и оценить эффективность мер по его сохранению и развитию.
Библиографический список
- Лобанов Г.В., Чарочкина А.Ю., Авраменко М.В., Дроздов Н.Н. Ландшафтная интерпретация различий сезонной динамики вегетационного индекса EVI поверхности пахотных земель Брянской области // Вестн. северо-восточного федерального ун-та им. М.К. Аммосова. Серия: Науки о Земле. – 2020. – №3 (19). – С. 25–35.
- Малинников В.А., Хатиб А. Анализ информативности зональных и индексных спутниковых изображений в детектировании деградации средиземноморских лесов // Мониторинг. Наука и технологии. – 2021. – №2 (48). – С. 47–52.
- Баширова, Ч. Ф. Индекс NDVI для дистанционного мониторинга растительности /Ч. Ф. Баширова// Международный научный журнал Молодой ученый. 2019. № 31 (269). — 30-31с.
- Сутырина Е.Н. Дистанционное зондирование Земли: Учеб. пособие. – Иркутск: ИГУ, 2013. – 165 c