Download - Ndvi1
![Page 1: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/1.jpg)
«Оценка деградации земель в субъектах РФ посредством анализа динамики вегетационных индексов» (на примере Саратовской области РФ)
Выполнил: Ермияев Яков Факультет почвоведения МГУ им.М.В.Ломоносова, Лаборатория экономики деградации земель
Научный руководитель: Макаров Олег Анатольевич
Доктор биологических наук, профессор кафедры земельных ресурсов и оценки почв ф-та почвоведения, заведующий Лабораторией Экономики деградации земель.
Москва, 2016
![Page 2: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/2.jpg)
Ермияев Я.Р.2
Цель и ключевые вопросы
• Может ли вегетационный индекс считаться индикатором деградации/улучшения земель?
• Выявляется ли корреляция изменения вегетационного индекса с климатическими факторами и рельефом?
• Выявляется ли корреляция изменения вегетационного индекса с социальными, демографическими и экономическими факторами?
Введение
• Цель: выявить наличие корреляционных взаимосвязей между изменениями вегетационного индекса, и природно-климатическими и социально-экономическими факторами.
Ключевые вопросы:
![Page 3: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/3.jpg)
Ермияев Я.Р.3
Содержание
• Ключевые термины и определения
• Международный опыт
• Шаблон исследования
• Источники данных
• Выявление влияния климатического и рельефного
фактора
• Выявление влияния социальных, экономических и
демографических факторов
• Заключение
Введение
![Page 4: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/4.jpg)
Ермияев Я.Р.4
Термины и определения
Термины и определения
Деградация земель определяется как долгосрочное ухудшение в функционировании и продуктивности экосистемы и измеряется в терминах первичной нетто-производительности. Дистанционно измеряемый Нормализованный Дифференцированный Вегетационный Индекс (NDVI) используется для приблизительной оценки; его отклонения от нормы могут служить индикатором деградации или улучшения земель (land degradation or and improvement), если учтены другие факторы (климат, почва, рельеф и землепользование).
Источник: (Глобальная оценка деградации и улучшения земель (Global Assessment of Land Degradation and Improvement) ФАО
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – нормализованный разностный индекс растительности, впервые был описан Rouse B.J. в 1973 г. – простой количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным индексом). Один из самых распространенных и используемых индексов для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова.
Источник: NASA информационный бюллетень
![Page 5: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/5.jpg)
Ермияев Я.Р.5
Международный опыт
Источник: K.J. Wesselsa,(2012) Международный опыт
Географическое распределение исследований деградации земель, ландшафтов и сообществ с использованием вегетационного индекса
![Page 6: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/6.jpg)
Ермияев Я.Р.6
Подход 1
• Внутригодовое усреднение и сравнение двух разнесенных между собой лет с учетом флуктуационных колебаний.
• Требования: не менее 12-ти снимков в год, сравнение достаточно разнесенных во времени периодов (не менее 3-х
лет), значения изменившиеся в пределах предполагаемых
колебаний считаются постоянными (до 15% значения индекса)
• Минусы: высокая зависимость результатов от процента территории с изменившимся землепользованием. Частое
использование комплекса индексов.
Подходы
Источник: Limits to detectability of land degradation by trend analysis of vegetation index data, K.J. Wesselsa, F. van den Bergh, R.J. Scholes (2012)
![Page 7: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/7.jpg)
Ермияев Я.Р.7
Подход 2
• Межгодовое усреднение и сравнение двух разнесенных между собой периодов (три вида усреднения 3-х летнее, 5-ти
летнее и 10-ти летнее).
• Требования: сравнение достаточно разнесенных во времени снимков (не менее 10-ти лет)
• Минусы: Невозможность детектирования краткосрочных изменений, трудности при сопоставлении с социоэкономическими данными
Подходы
Источник: Limits to detectability of land degradation by trend analysis of vegetation index data, K.J. Wesselsa, F. van den Bergh, R.J. Scholes (2012)
![Page 8: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/8.jpg)
Ермияев Я.Р.8
AVHRR NDVI MODIS DATA 2015
Источники данных
![Page 9: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/9.jpg)
Ермияев Я.Р.9
EVI data
Источники данных
LAI data
Источник: The Copernicus European Earth monitoring program (formerly known as GMES, Global Monitoring for Environment and Security)
Источник: A. Huete, K. Didan, T. Miura, E. P. Rodriguez, X. Gao, L. G. Ferreira. Overview of the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices
EVI (enhanced vegetation index) - Оптимизированный вегетационный индекс, с повышенной чувствительностью и оптимизацией на сторонние источники погрешности (напр.атмосферные).
LAI (leaf area index) - безразмерный индекс, характеризующий плотность растительного покрова. Определяется как суммарная площадь листовых пластинок на единицу площади поверхности.
LAI = leaf area/ground area [m2/m2]
![Page 10: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/10.jpg)
Ермияев Я.Р.10Источники данных
Корреляционная матрица (коэффицент корреляции Пирсона)
NDVI EVI LAI
NDVI 1 0,681** 0,512**
EVI 0,681** 1 0,701**
LAI 0,512** 0,701** 1
Часто применяется комбинирование индексов для различных типов использования или природно-климатических зон.
![Page 11: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/11.jpg)
Ермияев Я.Р.11
Среднемноголетние атмосферные осадки (по данным метеостанций)
Источники данных
![Page 12: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/12.jpg)
Ермияев Я.Р.12
Среднемноголетняя температура Июля (радарная съемка местности)
Источники данных
![Page 13: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/13.jpg)
Ермияев Я.Р.13
Среднемноголетняя температура Января (по данным метеостанций)
Источники данных
![Page 14: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/14.jpg)
Ермияев Я.Р.14
Рельеф территории (по данным радарной съемки)
Источники данных
![Page 15: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/15.jpg)
Ермияев Я.Р.15
Шаблон исследования
Влияние климата и рельефа
Рельеф
Климатические данные
Единица - пиксель (250х250м)
NDVI 2007NDVI 2015
Diff NDVI
Регрессионный и корреляционный анализ
![Page 16: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/16.jpg)
Ермияев Я.Р.16Влияние климата и рельефа
NDVI Diff 2015-2007
![Page 17: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/17.jpg)
Ермияев Я.Р.17
Корреляционная матрица (коэффицент корреляции Пирсона)
Изменение индекса
Температура Января
Температура Июля
Атмосферные осадки
Высота над уровнем моря
Изменение индекса 1 ,267** -,092** ,131** -,008**
Температура Января ,267** 1 ,178** ,185** -,052**
Температура Июля -,092** ,178** 1 -,788** -,745**
Атмосферные осадки ,131** ,185** -,788** 1 ,509**
Высота над уровнем моря -,008** -,052** -,745** ,509** 1
Влияние климата и рельефа
![Page 18: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/18.jpg)
Ермияев Я.Р.18
Регрессионная модель
Влияние климата и рельефа
Model Summary
Model R R Square Adjusted R Square
№1 ,359a 0,129 0,129a. Predictors: (Constant), alt (высота над урвонем моря), Tmin_jan (Температура Января), Perc (Атмосферные осадки), Tmax_ju (Температура Июля)
ModelUnstandardized
Coefficients Standardized Coefficients t Sig.
B std.error Beta
1
(Constant) 5304,518 4,222 1256,500 0,000Tmin_jan 7,183 0,004 0,400 1841,492 0,000Tmax_ju -15,746 0,012 -0,572 -1273,848 0,000
Perc -1,276 0,002 -0,247 -704,973 0,000alt -0,566 0,001 -0,287 -1042,977 0,000
a. Dependent Variable: Изменение индекса
![Page 19: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/19.jpg)
Ермияев Я.Р.19
Плотность населения (по данным интенсивности ночного света, Google)
Источники данных
Коэффициент корреляции с изменением индекса 0,301**
![Page 20: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/20.jpg)
Ермияев Я.Р.20
Сопоставление с социоэкономическими данными
Влияние неклиматического фактора
![Page 21: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/21.jpg)
Ермияев Я.Р.21
Шаблон исследования
Влияние климата и рельефа
Единица - муниципальный район
NDVI 2007NDVI 2015
Регрессионный и корреляционный анализ
Доля площади со значимо изменившимся значением индекса в мун. районе
Diff NDVI
Данные ФСГС
![Page 22: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/22.jpg)
Ермияев Я.Р.22
Данные сельхоз предприятий, фермерских хозяйств, хозяйств
населения
Доля сельского населения
Половозрастная структура
Продукция растеневодства
Продукция животноводства
Площади посевов и урожайность
Зарплата в сельском хозяйстве
Зарплаты в разных секторах
Среднесписочная численность работников
Экономические данные (параметры труда)
Демографические данные
Данные Территориальных Органов Федеральной Службы Государственной Статистики
Использование сельхоз техники
Доходы и расходы бюджетов Инфраструктура
Сопоставление с социоэкономическими данными
Коэффициенты рождаемости и смертности
![Page 23: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/23.jpg)
Ермияев Я.Р.23Влияние неклиматического фактора
NDVI2007год
Общаяплощадь:100200кв.км
Общаяплощадьдеградированных(2007-2015года:11118кв.км(~11%)
NDVI2015год
Degradationhotspots
Сопоставление с социоэкономическими данными
![Page 24: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/24.jpg)
Ермияев Я.Р.24
Корреляционный анализ
Параметры с наибольшим коэффициентом корреляции:
Доля мужчин трудоспособного возраста в сельском населении -,361*
Соотношение средней зарплаты в сх к средней зарплате в мун.районе -,404**
Коэффициент смертности сельского населения ,351*
Продукция животноводства на 1 сельского жителя ,339*
Среднее количество тракторов на 1 хозяйство ,320*
![Page 25: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/25.jpg)
Ермияев Я.Р.25
Демографические данные (регрессионная модель)Model R R Square Adjusted R Square1 0,672 0,451 0,105
Данные сельхоз предприятий, фермерских хозяйств, хозяйств населения (регрессионная модель)
Model R R Square Adjusted R Square2 0,820 0,673 0,362
Экономические данные (параметры труда) (регрессионная модель)Model R R Square Adjusted R Square4 0,822 0,676 0,531
Регрессионный анализ
![Page 26: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/26.jpg)
Ермияев Я.Р.26
Демографические данные (регрессионная модель)Model R R Square Adjusted R Square6 0,672 0,451 0,105
Данные сельхоз предприятий, фермерских хозяйств, хозяйств населения (регрессионная модель)
Model R R Square Adjusted R Square2 0,820 0,673 0,412
Экономические данные (параметры труда) (регрессионная модель)Model R R Square Adjusted R Square4 0,822 0,676 0,531
Регрессионный анализ
Климат и рельеф (регрессионная модель)
Model R R Square Adjusted R Square
1 0,359a 0,129 0,129
![Page 27: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/27.jpg)
Ермияев Я.Р.27
Заключение
Заключение
• Накоплен международный опыт в оценке деградации земель, ландшафтов и сообществ с использованием вегетационных индексов на всех континентах.
• Среди природно-климатических факторов наибольшая корреляционная взаимосвязь изменения индекса выявлена с среднемноголетней температурой января и объемом среднегодовых атмосферных осадков.
• Социально-экономические факторы демонстрируют значимую корреляцию с изменением вегетационного индекса.
![Page 28: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/28.jpg)
Appendix
Ермияев Яков Факультет почвоведения МГУ им.М.В.Ломоносова,
Лаборатория экономики деградации земель [email protected]
![Page 29: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/29.jpg)
Ермияев Я.Р.29
MODIS LUCC data 2014
Источники данных
![Page 30: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/30.jpg)
Ермияев Я.Р.30
MODIS LUCC data 2007
Источники данных
![Page 31: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/31.jpg)
Ермияев Я.Р.31
MODIS LUCC data 2014-2007
Источники данных
![Page 32: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/32.jpg)
Ермияев Я.Р.32
Дискретная шкала NDVI
NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра RED - отражение в красной области спектра
масштабированный NDVI = 10000(NDVI)
![Page 33: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/33.jpg)
Ермияев Я.Р.33
Среднее изменение NDVI и рельеф
![Page 34: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/34.jpg)
Ермияев Я.Р.34
Среднее изменение NDVI и осадки
![Page 35: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/35.jpg)
Ермияев Я.Р.35
Среднее изменение NDVI и температура лета
![Page 36: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/36.jpg)
Ермияев Я.Р.36
Среднее изменение NDVI и температура зимы
![Page 37: Ndvi1](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030213/589d7c481a28ab69538b5ef9/html5/thumbnails/37.jpg)
Ермияев Я.Р.37