Оценка трансформации ландшафтов в пределах водосборного бассейна озера Байкал с применением данных дистанционного спутникового зондирования

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 911.52:528.8

Е.Н. Сутырина

канд. геогр. наук, доцент, кафедра гидрологии и охраны водных ресурсов, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный

университет»

ОЦЕНКА ТРАНСФОРМАЦИИ ЛАНДШАФТОВ В ПРЕДЕЛАХ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА ОЗЕРА БАЙКАЛ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО СПУТНИКОВОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ

Аннотация. В статье приведены результаты исследования трансформации ландшафтов в пределах

трансграничного водосборного бассейна озера Байкал на основе данных дистанционного спутникового зондирования. Результаты исследования свидетельствуют об интенсивной трансформации ландшафтов, значительном сокращении площади густых лесов и увеличении площадей, занимаемых степями и сельскохозяйственными угодьями, а также пустынными и полупустынными участками и участками с открытой почвой в пределах всего изучаемого водосбора за период с 1999 по 2012 гг.

Ключевые слова: трансграничный водосборный бассейн, озеро Байкал, данные дистанционного зондирования, трансформация ландшафтов.

E.N. Sutyrina, Irkutsk State University

ASSESSMENT OF THE TRANSFORMATION OF LANDSCAPES IN THE CATCHMENT AREA OF THE

LAKE BAIKAL USING SATELLITE REMOTE SENSING DATA

Abstract. The results of the researches of transformation of landscapes in the boundary of the trans-boundary catchment area of the Lake Baikal using satellite remote sensing data are presented in this paper. The intensive transformation of landscapes, a significant decrease of area of dense forests and the increase of areas, occupied by steppes, agricultural fields, arid and semi-arid regions and bare soils within the catchment area during the period 19992012 years have been detected as the result of this investigation.

Keywords: trans-boundary catchment area, Lake Baikal, remote sensing data, transformation of landscapes.

Целью данного исследования являлось решение комплексных проблем, связанных с оценкой трансформации ландшафтов в пределах водосборного бассейна озера Байкал с применением данных дистанционного спутникового зондирования и адаптацией дистанционных методов наблюдений.

Применение дистанционных методов при изучении водосборов и акваторий водных объектов обеспечивает высокую скорость получения и передачи изображений, большой территориальный охват (что является одним из ключевых факторов при изучении трансграничного бассейна озера Байкал, имеющего, без учета площади самой акватории озера, площадь 588 тыс. км2), регулярную повторяемость съемки, позволяя изучать динамику природных явлений периодичных и эпизодических, а также хозяйственную деятельность. Это дает возможность применения комплексного анализа и оценки динамики развития природных явлений на основе оперативного картографировании, применения ГИС-технологий и математического моделирования.

В рамках настоящего исследования использовались данные приборов AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) (5 спектральных диапазонов от 0,58 до 12,4 мкм с пространственным разрешением 1100 м и с периодичностью наблюдений до 6 раз в сутки) за

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-05-31100) и программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет» на 2012-2016 годы.

период с 1999 по 2012 гг. и MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) (36 спектральных диапазонов от 0,4 до 13 мкм с пространственным разрешением 250 - 1000 м в зависимости от диапазона спектра и периодичностью наблюдений 4 раза в сутки) за период с 2002 по 2012 гг., отобранные из архива телеметрии Центра космического мониторинга Института солнечно-земной физики СО РАН. Для решения поставленных задач в отчетный период в рамках данного исследования были обработаны и проанализированы данные приборов MODIS и AVHRR за период с 1999 по 2012 гг., отобранные из архива телеметрии Центра космического мониторинга Института солнечно-земной физики СО РАН.

В ходе проведенного исследования была разработана региональная методика классификации типов подстилающей поверхности по данным дистанционного спутникового зондирования с использованием вегетационных индексов (NDVI, SAVI, RVI и т.д.) и показателей тепловой инерции, которые определяются разностью дневных и ночных яркостных температур.

В данной работе расчет вегетационных индексов и показателей тепловой инерции производился по данным приборов AVHRR и MODIS. Для этого были отобраны снимки, захватывающие водосбор озера Байкал за период с 1999 по 2012 г. - за июль и август, когда контрасты значений вегетационных индексов и показателей тепловой инерции для разных типов подстилающей поверхности максимальны. По серии спутниковых снимков для каждого года были рассчитаны максимальные значения указанных выше показателей за июль-август для всех точек изображения, принадлежащих водосборному бассейну озера.

На основании сопоставления полученных материалов с современными и ретроспективными картографическими материалами, данными точечных лесотаксационных съемок и крупномасштабными космофотоснимками, фрагментарно покрывающими изучаемую территорию в отдельные годы, уточнялись диапазоны значений вегетационных индексов и показателей тепловой инерции для различных типов подстилающей поверхности, характерных для водосбора озера Байкал.

В результате было определено физическое содержание классов и составлены разновременные карты состояния поверхности в пределах всего водосбора озера Байкал. Для анализа точности составленных карт привлекались находящиеся в открытом доступе крупномасштабные космофотокарты с метровым и субметровым разрешениями, обеспечивающие фрагментарное покрытие исследуемой территории в отдельные годы.

По 300 контрольным точкам, на основании сопоставления классов на составленных картах с преобладающими классами на крупномасштабных космофотокартах, соответствующих по времени, была составлена матрица точности классификации и установлено, что все выделенные классы достоверно дешифрируются по спутниковым данным. Самый высокий процент распознавания имеют густые тайга и смешанный лес (96%). Используемый методологический подход позволяет добиться удовлетворительного уровня достоверности и точности определения типов подстилающей поверхности по предложенным региональным методикам.

На основании анализа составленных по данным дистанционного спутникового зондирования серии разновременных карт, отображающих распределение типов подстилающей поверхности в пределах водосборного бассейна озера Байкал, были выявлены участки с нарушениями ландшафтов и дана оценка их площадей. Для всего водосборного бассейна озера Байкал, а также российской и монгольской частей по отдельности, была дана оценка наиболее характерных негативных изменений ландшафтов.

Итогом проводимого исследования стало создание электронной карты водосборного бассейна озера Байкал с изображением наиболее значимых нарушений подстилающей поверхности, которая приведена на рисунке 1, в сопоставлении с картой плотности населения, и показывает значительное сходство в распределении нарушенных областей с областями с большей плотностью населения, особенно - части водосбора озера на территории Монголии. Она явля-

196

№ 2 (30) - 2014

ется наиболее плотно населенной и интенсивно осваиваемой территорией, где сосредоточены крупнейшие города Монголии и размещены горнодобывающая, металлургическая, химическая отрасли промышленности, а также где расположены пахотные, пастбищные и сенокосные поливные земли [1].

На российской части водосборной территории наиболее существенные нарушения ландшафтов распространены также на территориях, где наиболее развит туризм. Особо заметны изменения в Ольхонском районе, включая территорию Танжеранской степи, о-ва Ольхон и другие популярные у туристов места.

Рисунок 1 - Карты с изображением нарушений подстилающей поверхности за 1999-2012 гг.

и распределением плотности населения в пределах водосбора озера Байкал

Результаты исследования свидетельствуют об интенсивной трансформации ландшафтов, значительном сокращении площади лесных угодий в пределах всего изучаемого водосбора (с 1999 по 2012 гг. сократилась на 18% площадь густых лесов). Кроме этого, за указанный период на территории всего водосборного бассейна наблюдается увеличении пустынных, полупустынных участков и участков с открытой почвой (на 64%), а также рост площадей, занимаемых степными участками и сельскохозяйственными угодиями (на 20%).

Сохранение выявленных темпов деградации ландшафтов неизбежно приведёт к существенному сокращению гидрографической сети и изменению водного режима рек бассейна озера Байкал. Всё это явится следствием развития антропогенной эрозии почв на водосборе, при котором в малые реки бассейна будет поступать избыточное количество наносов по отношению к транспортирующей способности потока, что обусловит их обмеление и пересыхание [2].

Список литературы:

1. Лехатинов А.М. Экогеологическая обстановка и основные особенности изучения ее состояния в бассейне озера Байкал [Электронный ресурс]. URL: http://council.gov.ru/files/journalsf/item/ 20061208111915.pdf (дата обращения: 15.03.2010).

2. Семенов В.А. Ресурсы пресной воды и актуальные задачи гидрологии // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 10. С. 63-69.