ВВЕДЕНИЕ 4
1. Исследования по теме оценки динамики растительности 6
1.1 Климатические особенности Республики Хакасия 14
1.2 Биоразнообразие растительного покрова Хакасии 15
1.3 Изменение климата и его последствия для растительности 16
1.4 Адаптация растительного мира к изменению климата 16
1.5 Использование ДЗЗ для оценки растительного покрова 17
1.6 Применения вегетационного индекса NDVI 20
2. Материалы и методы исследования 28
3. Оценка динамики растительности республики Хакасия при помощи данных
дистанционного зондирования земли 30
3.1 Пространственная оценка значений индекса ГТК 30
3.2 Оценка условий вегетации растений на ключевых участках 33
3.3 Оценка вегетационного индекса ключевых участков 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 39
ПРИЛОЖЕНИЕ А 43
Графики временного хода исследуемых характеристик для о
Растительный покров играет важную роль в экосистемах любого региона. Он влияет на климат, почву, водные ресурсы и даже на хозяйственную деятельность человека. Однако под воздействием как природных, так и антропогенных факторов состояние растительности может меняться. Поэтому важно уметь отслеживать эти изменения, особенно в условиях изменяющегося климата.
В последние годы тема оценки динамики растительности с использованием данных дистанционного зондирования активно развивается как в России, так и за рубежом. Многие исследователи используют спутниковые данные, такие как индекс NDVI, для анализа состояния растительного покрова на больших территориях. Особенно много внимания уделяется связи между изменением климатических условий — таких как температура и количество осадков — и состоянием экосистем. В Сибири и на Урале проводятся региональные исследования, направленные на выявление тенденций в изменении растительности под влиянием климата. Также широко используется гидротермический коэффициент (ГТК) для оценки уровня увлажнённости, что позволяет лучше понять причины изменений в состоянии растительности.
В данной работе была поставлена задача оценить динамику растительности на территории Республики Хакасия с помощью данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и метеорологических показателей. Это позволило бы понять, как меняется растительный покров со временем и какие факторы на него влияют.
Актуальность такого исследования заключается в том, что в последние годы в регионе всё чаще наблюдаются засушливые периоды, которые могут негативно влиять как на природные экосистемы, так и на сельское хозяйство. Умение заранее замечать такие изменения поможет лучше готовиться к неблагоприятным условиям и планировать использование земель.
Целью моей работы стало изучение состояния и динамики растительности на территории Республики Хакасия за последние годы с использованием спутниковых данных и информации о погоде.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
• Собрать и обработать данные по температуре воздуха, количеству осадков и индексу NDVI за период с 2008 по 2024 год.
• Рассчитать гидротермический коэффициент (ГТК), характеризующий уровень увлажнённости.
• Построить временные ряды и провести анализ динамики растительности.
• Выделить участки, где можно проследить естественное развитие растительности без влияния человека.
• Проанализировать полученные результаты и выявить основные тенденции.
Объектом исследования стала территория Республики Хакасия, а предметом — динамика растительности, оцениваемая через индекс NDVI и гидротермический коэффициент (ГТК).
Для выполнения работы использовались данные метеорологических станций, предоставленные ФГБУ «Среднесибирское УГМС» и сайтом meteo.ru, а также спутниковые снимки Landsat 8 с сайта USGS. Обработка данных проводилась с помощью программного обеспечения Google Earth Pro и языка Python, где были написаны скрипты для расчёта нужных индексов
В ходе выполнения выпускной работы была проведена оценка состояния растительности на территории Республики Хакасия с помощью данных дистанционного зондирования (спутниковых снимков) и метеорологических данных за период с 2008 по 2024 год. Основной целью исследования было выяснить, как меняется растительный покров в зависимости от климатических условий.
Для анализа использовались два основных показателя: NDVI — индекс растительности, который позволяет оценить состояние зелёных насаждений по спутниковым снимкам, и ГТК — гидротермический коэффициент, характеризующий уровень увлажнённости в регионе. Индекс ГТК был рассчитан для всей территории Хакасии. Индекс NDVI рассчитывался для двух ключевых участков, где не велись сельскохозяйственные работы, чтобы исключить влияние человека.
По результатам расчётов стало понятно, что уровень увлажнённости в разных частях республики сильно отличается. Например, на севере региона он ниже, чем в горных районах. Также были выделены самые «влажный» (Значение ГТК на большинстве станций > 1.6) и «сухой» (Значение ГТК на большинстве станций < 1.0) годы — это 2017 и 2022 соответственно. Однако даже в сухие годы некоторые районы сохраняют достаточно высокую влажность, особенно в горах.
Было выбрано две станции — Абакан и Светлолобово — климатические данные, которых отражали климат выбранных ключевых участков. По температуре между ними наблюдается очень тесная связь (коэффициент корреляции около 0.99), то есть климатические условия по теплу практически одинаковые. Что касается осадков, то здесь связь тоже есть, но уже слабее — примерно 0.7. В целом, на станции Светлолобово уровень увлажнённости выше, чем в Абакане.
При изучении индекса NDVI выяснилось, что на участке возле Светлолобово растительность остаётся стабильно хорошей — значения NDVI находились в пределах 0.6-0.8. Это говорит о том, что там благоприятные условия для роста растений. А вот возле Абакана значения NDVI были ниже — от 0.4 до 0.5, что может быть связано с менее плодородными почвами или их ухудшением под воздействием человека.
Результаты расчётов ГТК были проверены по официальным данным, и совпадение получилось хорошим, что подтверждает правильность проведённых расчётов.
Таким образом, можно сказать, что состояние растительности в Хакасии зависит не только от общих климатических условий, но и от местных особенностей, таких как рельеф, тип почвы и антропогенное влияние.
Работа показала, что использование спутниковых данных и метеорологической информации позволяет эффективно отслеживать изменения в растительном покрове. Полученные данные могут быть полезны для учёных, аграриев и специалистов в сфере экологии, особенно при планировании адаптации к изменению климата.
