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

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-77-30015

НазваниеРазработка 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

Руководитель Барталев Сергей Александрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской академии наук , г Москва

Конкурс №33 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными 2019_33

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-712 - Геоинформатика, дистанционное зондирование Земли и географическая картография

Ключевые слова глобальные изменения климата, лесные экосистемы, углеродный бюджет, биогеохимические циклы, дистанционное зондирование, спутниковые наблюдения

Код ГРНТИ89.57.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Современные научные представления связывают наблюдаемые глобальные изменения климата с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере (CO2, CO, CH4 и др.), которые в значительной мере вызваны деятельностью человека. Рамочная конвенция ООН об изменении климата поставила стратегическую задачу по стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на уровне, не допускающем опасного воздействия на климатическую систему Планеты. Леса обладают уникальной способностью связывать атмосферный углерод в больших количествах и на продолжительный срок. Углерод накапливается в биомассе деревьев, нижних ярусах леса, мертвых растительных остатках и почве. В процессе роста леса, а также при лесоразведении происходит поглощение углерода и, соответственно, компенсация выбросов из техногенных и природных источников. Наоборот, при нарушении лесов, уменьшении их площади, наблюдается рост эмиссии углекислого и других парниковых газов. Леса России, занимающие более 20% площади лесного покрова Мира, играют ключевую роль в углеродном балансе Планеты. При этом имеющиеся в настоящее время различные количественные оценки углеродного бюджета лесов страны варьируют в широких пределах, отличаясь крайне высокой степенью неопределенности. Существенной причиной этой неопределенности является недостаточная надежность и актуальность информации о лесах, необходимой для количественной оценки бюджета углерода. Имеющаяся официальная информация о лесах России быстро устаревает, а существующая система мониторинга не способна обеспечить адекватное обновление данных об их динамике. Общепринятые в мировой практике методологии учета углеродного бюджета лесов не учитывают специфику объектов оценки как нечетких (fuzzy) систем, что не позволяет в полной мере оценить неопределенность результатов. С принятием в 2015 году Парижского соглашения, направленного на практическое осуществление положений Рамочной конвенции ООН по изменению климата, проблема повышения объективности, полноты и точности оценки углеродного бюджета лесов страны приобретает важнейшее научное и практическое значение. К числу ключевых для оценки углеродного бюджета данных относится распределение земельного покрова по категориям покрытых и непокрытых лесом и другой древесно-кустарниковой растительностью земель, в том числе, гарей и погибших насаждений, вырубок, естественных редин, заболоченных земель, а также информация об основных биометрических показателях лесных насаждений и их динамики, таких как запас древостоев (объем древесины), породно-возрастная структура и продуктивность лесных насаждений, а также знание ряда количественных экологических характеристик – чистой первичной продукции, гетеротрофного дыхания и пр. Одновременно необходимы данные о масштабах природных (пожары, болезни и вредители, ветровалы, засухи и др.) и антропогенных (рубка, техногенные загрязнения и др.) деструктивных факторов, вызывающих повреждения и гибель лесов, а также информация о ходе процессов их последующего восстановления. Современные возможности и потенциал развития методов дистанционного зондирования лесов из космоса способны в значительной степени восполнить имеющиеся пробелы в информации о лесах, необходимой для оценки углеродного бюджета в масштабах страны. При этом, наиболее целесообразным представляется использование методических подходов, предполагающих тесную интеграцию методов дистанционного зондирования лесов, наземных измерений их качественных и количественных характеристик, а также математических моделей их структуры и динамики. Разработанные к настоящему времени методы спутникового картографирования и мониторинга растительного покрова позволяют регулярно получать информацию о распределении земельного покрова по категориям лесных земель и необходимых биометрических показателях лесов. При этом наличие многолетних (с начала 21-го века) временных рядов такого рода данных открывает возможности моделирования динамики лесного покрова и большинства главнейших биофизических показателей лесных экосистем. Собираемая в настоящее время на основе методов дистанционного зондирования Земли информация о воздействии пожаров включает в себя данные о пройденной огнем площади в различных категориях покрытых и непокрытых лесом земель, а также сведения об интенсивности горения, степени пирогенного повреждения и масштабах гибели лесов, позволяющие надежно определять прямые и постпожарные эмиссии углерода в атмосферу. Разработанные методы обработки и анализа многолетних временных рядов данных дистанционного зондирования обеспечивают также возможность выявления изменений в лесах под воздействием различных природных и антропогенных деструктивных факторов (рубки, усыхания лесов, ветровалы и др.), более полный и точный учет которых позволит существенно повысить достоверность оценки бюджета углерода. В рамках Проекта будет разработана новая система методологии оценки углерода в лесах с использованием многосенсорной концепции дистанционного зондирования Земли из космоса; разработка новых и модификация существующих моделей, базирующихся на интеграции наземной и дистанционной информации; создание на разработанной методической основе новых динамических геоинформационных баз данных о характеристиках и бюджете углерода лесов России; а также информационной системы и технологии его непрерывного мониторинга. Рассмотрение углеродного бюджета как нечеткой системы позволит получить, обладающие существенно меньшим уровнем неопределенности, уточненные научные данные о современном состоянии лесов России и об основных компонентах их планетарной биосферной роли. Решение задач Проекта предполагает тесное объединение научного потенциала различных ведущих групп российских ученых, работающих в области методов дистанционного зондирования Земли и исследований биогеохимических циклов в наземных экосистемах, создав беспрецедентную возможность получения принципиально новых, отличающихся существенно более высокими уровнями объективности, полноты и точности, верифицированных и непротиворечивых данных об углеродном бюджете лесов России.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Замолодчиков Д.Г., Суховольский В.Г., Барталев С.А., Лукина Н.В. Вклад академика А.С. Исаева в развитие лесной науки Лесоведение, № 5, C. 323-340 (год публикации - 2019)
10.1134/S0024114819050127

2. Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Липка О.Н. Прогнозная оценка поглощения углерода при восстановлении тугайных лесов Теоретическая и прикладная экология, № 4. С. 38-45 (год публикации - 2019)

3. Иванцова Е.Д., Пыжев А.И., Зандер Е.В. Economic Consequences of Insect pests outbreaks in boreal forests: a literature review Journal of Siberian Federal University. Humanities & Social Sciences 4, 12(4), C. 627–642 (год публикации - 2019)
10.17516/1997–1370–0417

4. Жирнова Д.Ф., Бабушкина Е.А., Белокопытова Л.В., Юрин Д.О., Ваганов Е.А. Sunshine as culprit: It induces early spring physiological drought in dark coniferous (Pinus sibirica and Abies sibirica) alpine forest Forest Ecology and Management, Vol. 449 (год публикации - 2019)
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378112719311764?via%3Dihub

5. Щепащенко Д.Г. и др. The Forest Observation System, building a global reference dataset for remote sensing of forest biomass Scientific Data, 6 (1): e198 (год публикации - 2019)
10.1038/s41597-019-0196-1

6. Стыценко Ф. В., Барталев С. А., Букась А. В., Ершов Д. В., Сайгин И. А. Возможности пролонгированной оценки постпожарного состояния хвойных вечнозелёных лесов по данным многоспектральных спутниковых измерений Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 16. №5. С. 217–227 (год публикации - 2019)
10.21046/2070-7401-2019-16-5-217-227

7. Плотникова А.С., Ершов Д. В., Харитонова А. О., Шуляк П. П., Барталев С. А., Стыценко Ф. В. Пространственная оценка современных пожарных режимов лесных экосистем России Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 16. №5. С. 228–240 (год публикации - 2019)
10.21046/2070-7401-2019-16-5-228-240

8. Князева С.В., Ершов Д.В., Барталев С.А., Королева Н.В., Эйдлина С.П., Гаврилюк Е.А., Сочилова Е.Н., Никитина А.Д., Ковганко К.А., Белова Е.И., Плотникова А.С., Подольская Е.С. Хроника VII Всероссийской конференции «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии» Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (год публикации - 2019)

9. Миклашевич Т.С., Барталев C.А., Плотников Д.Е. Интерполяционный алгоритм восстановления длинных временных рядов данных спутниковых наблюдений растительного покрова Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (год публикации - 2020)

10. Гитарский М.Л., Замолодчиков Д.Г., Мухин В.А., Диярова Д.К., Грабар В.А., Карелин Д.В., Иващенко А.И., Марунич А.С. Cезонная изменчивость эмиссии диоксида углерода от елового валежа южной тайги при его микогенном разложении Лесоведение (год публикации - 2020)

11. Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Липка О.Н. Потенциальное поглощение углерода фитомассой древостоя при восстановлении тугайных лесов Лесоведение (год публикации - 2020)

12. Коллектив авторов, включая Ваганова Е.А. Ecological and conceptual consequences of Arctic pollution Ecology Letters, V. 3, р. 1827–1837 (год публикации - 2020)
10.1111/ele.13611

13. Жирнова Д. Ф., Бабушкина Е. А., Белокопытова Л. В., Ваганов Е. А. To which side are the scales swinging? Growth stability of Siberian larch under permanent moisture deficit with periodic droughts Forest Ecology and Management, Т. 459. С. 11784 (год публикации - 2020)
10.1016/j.foreco.2019.117841

14. Жирнова Д.Ф., Белокопытова Л.В., Бабушкина Е.А., Кривелларо А.А., Ваганов Е.А. Earlywood structure of evergreen conifers near forest line is habitat driven but latewood depends on species and seasons Trees (год публикации - 2020)
10.1007/s00468-020-02050-2

15. Иванов А.В., Покаместова В.Ю., Касаткин А.С., Замолодчиков Д.Г. Leaf Area Indices of Forest Stands in Natural and Disturbed Forests of Primorsky Krai RUSSIAN JOURNAL OF ECOLOGY, V. 51. I. 4. P. 299-305 (год публикации - 2020)
10.1134/S1067413620040086

16. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Шилкин А.В., Куманяев А.С., Попов С.Ю., Тельнова Н.О., Гитарский М.Л. The long-term effect of ongoing spruce decay on carbon exchange in taiga forests Doklady Earth Sciences, Vol. 493, No. 1, pp. 89–93 (год публикации - 2020)
10.1134/S1028334X20070089

17. Иванов А.В., Замолодчиков Д.Г., Лошаков С.Ю., Комин А.Э., Косинов Д.Е., Браун М., Грабовский В.И. Вклад крупных древесных остатков в биогенный цикл углерода хвойно-широколиственных лесов юга Дальнего Востока России Лесоведение, № 4, с. 357–366 (год публикации - 2020)
10.31857/S0024114820040051

18. Белова Е.И., Ершов Д.В. POSSIBILITY OF ASSESSING THE RENEWAL OF FOREST VEGETATION AFTER CLEAR FELLINGS USING LANDSAT SATELLITE DATA (EVIDENCE FROM BRYANSK POLESIE) Forest Science Issues, Vol. 2, No. 4, pp. 1-20 (год публикации - 2020)
10.31509/2658-607x-2020-3-1-1-10

19. Жарко В.О., Барталев С.А., Сидоренков В.М. Forest growing stock volume estimation using optical remote sensing over snow-covered ground: a case study for Sentinel-2 data and the Russian southern taiga region REMOTE SENSING LETTERS, VOL. 11, NO. 7, 677–686 (год публикации - 2020)
10.1080/2150704X.2020.1755473

20. коллектив авторов,включая Ваганова Е.А. Prominent role of volcanism in Common Era climate variability and human history Dendrochronologia, V. 64, р. 125757 (год публикации - 2020)
10.1016/j.dendro.2020.125757

21. Барталев С.А., Стыценко Ф.В. Спутниковая оценка летальности воздействия пожаров на леса по данным о сезонном распределении площади их повреждений Лесоведение (год публикации - 2021)

22. Бюентген У., Арсено Д., Буше Э., Чуракова О., ....., Ваганов Е., Эспер Я. Prominent role of volcanism in Common Era climate variability and human history Dendrochronologia, Том 64, с. 125757 (год публикации - 2020)
10.1016/j.dendro.2020.125757

23. Тумайер Дж., Каспар Дж., Кузелова Н., Шишов В.В., Тычков И., Попкова М., Ваганов Е.А., Тремл В. Forward modelling reveals multidecadal trends in cambial kinetics and phenology at treeline Frontiers in Plant Science, Т. 12, статья 613641 (год публикации - 2021)
10.3389/fpls.2021.613643

24. Жирнова Д.Ф., Белокопытова Л.В., Бабушкина Е.А., Кривелларо А.А., Ваганов Е.А. Earlywood structure of evergreen conifers near forest line is habitat driven but latewood depends on species and seasons Trees - Structure and Function, Т. 35, с. 479–492 (год публикации - 2021)
10.1007/s00468-020-02050-2

25. Жирнова Д.Ф., Белокопытова Л.В., Меко Д.М., Бабушкина Е.А., Ваганов Е.А. Climate change and tree growth in the Khakass-Minusinsk Depression (South Siberia) impacted by large water reservoirs Scientific Reports, Т. 11, с.4266 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-93745-0

26. Людмила Мухортова, Дмитрий Щепащенко, Елена Молчанова, Анатолий Швиденко, Николай Хабаров, Линда Си Respiration of Russian soils: Climatic drivers and response to climate change Science of the Total Environment, Т. 785. №10. с. 147314 (год публикации - 2021)
10.1016/j.scitotenv.2021.147314

27. Щепащенко Д., Молчанова Е., Федоров С. и др. Russian forest sequesters substantially more carbon than previously reported Scientifc Reports, №11, с.12825 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-92152-9

28. Шабанов Н., Маршал Г., Рис Г., Барталев С., Тутубалина О., Голубева Е. Climate-driven phenological changes in the Russian Arctic derived from MODIS LAI time series 2000-2019 Environmental Research Letters, Т. 16, с. 084009 (год публикации - 2021)
10.1088/1748-9326/ac0be2

29. Санторо М., Картус О., Карвалхаис Н., Розендаал Д.М.А., Авитабиле В., Араза А., де Бруин С., Герольд М. ... Щепащенко Д. и др. The global forest above-ground biomass pool for 2010 estimated from high-resolution satellite observations Earth System Science Data, Том 13, выпуск 8, с.3927–3950 (год публикации - 2021)
10.5194/essd-13-3927-2021

30. Хуан Ю., Цайс П., Санторо М., Маковски Д., Чав Дж., Щепащенко Д., Абрамофф Р. З., Голл Д. С., Ян Х., Чен Ю., Вэй В., Пиао С. A global map of root biomass across the world's forests Earth System Earth System Science Data, Т.13, с.4263–4274 (год публикации - 2021)
10.5194/essd-13-4263-2021

31. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Каганов В.В. Экосистемные услуги и пространственное распределение защитных лесов Российской Федерации Лесоведение, № 6. С. 581–592 (год публикации - 2021)
10.31857/S0024114821060115

32. Липка О.Н., Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Мазманянц Г.М., Исупова М.В., Алейников А.А., Климатический эффект восстановления лесов в дельте р. Или, Казахстан Известия РАН. Серия географическая, Т. 85. № 4. С. 579-594 (год публикации - 2021)
10.31857/S2587556621040051

33. Честных О.В., Грабовский В.И., Замолодчиков Д.Г. Carbon in soils in forest regions of European-Ural part of Russia Forest Science Issues, V. 4. No 1. P. 1-13 (год публикации - 2021)
10.31509/2658-607x-20214113

34. Рис В. Г., Томаней Дж., Тутубалина О., Жарко В., Барталев С. Estimation of Boreal Forest Growing Stock Volume in Russia from Sentinel-2 MSI and Land Cover Classification Remote Sensing, V. 13. №. 21. P. 4483 (год публикации - 2021)
10.3390/rs13214483

35. Кудренко С., Ордиз А., Стыценко Ф., Барышева С. Л., Барталев С., Баскин Л., Свенсон Дж. Э. Brown bear-caused human injuries and fatalities in Russia are linked to human encroachment Animal Conservation, VL - n/a, IS - n/a, Print ISSN 1367-9430 (год публикации - 2021)
10.1111/acv.12753

36. Гаврилюк Е.А., Королева Н.В., Карпухина Д.А., Сочилова Е.Н., Ершов Д.В. Геопространственное моделирование биометрических и структурных характеристик лесов Брянской области на основе спутниковых и выборочных лесотаксационных данных Лесоведение, № 6, с. 609–626 (год публикации - 2021)
10.31857/S002411482106005X

37. Барталев С.А., Стыценко Ф.В. Assessment of Forest-Stand Destruction by Fires Based on Remote-Sensing Data on the Seasonal Distribution of Burned Areas Contemporary Problems of Ecology, Vol. 14, No. 7, pp. 711–716 (год публикации - 2021)
10.1134/S1995425521070027

38. Николя Лабриер, Стюарт Дж. Дэвис, Матиас И. Дисней, Лаура И. Дункансон, Мартин Херольд, Саймон Л. Льюис, Оливер Л. Филлипс, Шон Кеган, Сассан С. Саатчи, Дмитрий Г. Щепащенко, Клаус Шипаль, Плинио Сист, Жером Шав Toward a forest biomass reference measurement system for remote sensing applications Global Change Biology, 00, 1–14 (год публикации - 2022)
10.1111/gcb.16497

39. Иванов А.В., Сало М.А., Бондарчук С.Н., Замолодчиков Д.Г., Могилева А.В., Кочкарина Н.А. Воздействие ветровала на структуру и фитомассу древостоев кедровников и березняков центрального Сихотэ-Алиня Лесоведение, №2, с. 132–143 (год публикации - 2022)
10.31857/S0024114822020061

40. Честных О.В., Грабовский В.И., Замолодчиков Д.Г. Оценка запасов почвенного углерода лесных районов России с использованием баз данных почвенных характеристик Лесоведение, № 3, с. 227–238 (год публикации - 2022)
10.31857/S0024114822030056

41. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Иванов А.В. Защитные леса Ямало-Ненецкого автономного округа // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа, (115). № 2. С. 78-97 (год публикации - 2022)
10.26110/ARCTIC.2022.115.2.005

42. Лян Дж., Гамарра Дж.Г.П., Пикард Н., Чжоу М., Пьяновски Б., Джейкобс Д.Ф., Райх П.Б., Кроутер Т.В., включая Щепащенко Д.Г. Co-limitation towards lower latitudes shapes global forest diversity gradients Nature Ecology & Evolution, 6, 1423-1437 (год публикации - 2022)
10.1038/s41559-022-01831-x

43. Lesiv M., Schepaschenko D., See L., Dürauer M., Georgieva I., Jung M., Hofhansl F., Pietsch S.A., Kim M., Di Fulvio F., Kraxner F., Visconti P., Mccallum I., Obersteiner M., Fritz S., Mukhortova L., Krivobokov L., Buchhorn M., Smets B., Schulze K. et al Global forest management data for 2015 at a 100 m resolution. Scientific Data Scientific Data, 9, Article number: 199 (год публикации - 2022)
10.1038/s41597-022-01332-3

44. Араза А., Де Брюин С., Херольд М., Кеган С., Лабриер Н., Родригес-Вейга П., ... Щепащенко Д., ... Лукас Р. A comprehensive framework for assessing the accuracy and uncertainty of global above-ground biomass maps Remote Sensing of Environment, Volume 272, 112917 (год публикации - 2022)
10.1016/j.rse.2022.112917

45. Барталев С.А., Ворушилов И.И., Егоров В.А. Построение и радиометрическая нормализация безоблачных композитных спутниковых изображений покрытой снегом земной поверхности для мониторинга лесов Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 19. № 2. С. 57-69 (год публикации - 2022)
10.21046/2070-7401-2022-19-2-57-69

46. Хвостиков С.А., Барталев С.А. Метод уточнения положения фронта пожара на основе ассимиляции данных спутникового мониторинга в модель распространения огня Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 19. № 5. С. 9-18 (год публикации - 2022)
10.21046/2070-7401-2022-19-5-9-18

47. Лупян Е.А., Лозин Д.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Стыценко Ф.В. Исследование зависимости степени повреждений лесов пожарами от интенсивности горения по данным спутникового мониторинга Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 19. № 3. С. 217-232 (год публикации - 2022)
10.21046/2070-7401-2022-19-3-217-232

48. Иванов А.В., Сало М.А., Толстикова В.Ю., Брянин С.В., Замолодчиков Д.Г. Effects of windfall on soil surface carbon emission and fine root stocks in the Central Sikhote-Alin Eurasian Soil Science, № 10, c. 1255–1264 (год публикации - 2022)
10.1134/S1064229322100052

49. Барталев С.А., Богодухов М.А., Жарко В.О., Сидоренков В.М. Исследование возможностей использования данных ICESat-2 для оценки высоты лесов России Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 19. № 4. С. 195-206 (год публикации - 2022)
10.21046/2070-7401-2022-19-4-195-206

Публикации