Пространственно-временные вариации трендов индекса NDVI в горных и предгорных районах Северного Кавказа

В.Ю. Тимченко; Е.С. Каменецкий; А.А. Радионов

doi:10.46698/VNC.2025.67.94.001

В.Ю. Тимченко Южный математический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 53
Е.С. Каменецкий Южный математический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 53
А.А. Радионов Южный математический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 53

DOI: https://doi.org/10.46698/VNC.2025.67.94.001

Ключевые слова: MODIS, индекс вегетации, NDVI, QGIS, статистические параметры, тренды, многолетние изменения, Северный Кавказ

Резюме

Актуальность работы. Климатические изменения в Северо-Кавказском регионе приводят к изменению температурного и водного режима, что непосредственно влияет на многолетнюю изменчивость растительной биомассы и урожайность, следовательно, на устойчивое развитие сельского хозяйства, которое является одной из ведущих отраслей экономики. Целью исследования является изучение изменчивости количества фитомассы в горных и предгорных районах центральной части Северного Кавказа и выявление возможных агроклиматических проблем. Методы. Используется геопространственный отбор многолетних данных индекса вегетации NDVI для локаций исследуемой территории. Для ежедневных рядов NDVI вычислялась интегральная характеристика и проверялась модель линейной регрессии, позволяющая вычислить статистические параметры уклонов и у-пересечения. Использование QGIS и метода интерполяции изолиниями для построения карт распределения этих параметров позволяет выявить границы районов с многолетним уменьшением индексов вегетации при геоэкологическом районировании. Результаты. Показано, что для территории РСО-Алания и прилегающих предгорных районов индекс вегетации складывается за счет большой фитомассы лесных ландшафтов и имеет положительный тренд, что свидетельствует о сохранении благоприятных климатических условий в них. Для горных районов с высокогорным ландшафтом, покрытых альпийскими лугами или без растительного покрытия, количество фитомассы в целом небольшое, но имеет положительный тренд на увеличение, что также свидетельствует о благоприятных условиях для фитоценоза. Для равнинных районов Осетинской наклонной равнины и лесостепных ландшафтов в районе г. Дигора – г. Беслан – с. Заманкул, на южных склонах Сунженского и Терского хребтов имеются участки с многолетним трендом на уменьшение индекса вегетации, что свидетельствует о деградации растительного покрова, изменении температурного и водного режимов этих локаций. Выводы. Для предгорных ландшафтов на территории РСО-Алания и прилегающих районов индекс NDVI имеет положительный тренд многолетней изменчивости. Равнинные и степные районы, а также южные склоны Сунженского и Терского хребтов имеют отрицательный уклон трендов индексов вегетации.

Литература

Аджиева А.А., Кондратьева Н.В. Изменение климата и гидрометеорологические явления в горных районах Кавказа. // Устойчивое развитие горных территорий. – 2009. – Т. 1. № 1. – С. 68–72.

Ашабоков Б.А., Федченко Л.М., Ташилова А.А., Кешева Л.А., Теунова Н.В. Пространственно-временное изменение климата юга европейской территории России, оценка его последствий, методы и модели адаптации АПК. Нальчик: Печатный двор, 2020. – 476 с.

Братков В.В., Кравченко И.В., Туаев Г.А., Атаев З.В., Абдулжалимов А.А. Применение вегетационных индексов для картографирования ландшафтов Большого Кавказа. // Известия ДГПУ. Естественные и точные науки. – 2016. – Т. 10. № 4. – С. 97–111.

Каменецкий Е.С., Радионов А.А., Тимченко В.Ю., Панаэтова О.С. Об изменчивости вегетационного индекса NDVI в предгорных районах Северного Кавказа по данным спутниковых измерений. // Устойчивое развитие горных территорий. – 2021. – Т. 13. № 1(47). – С. 44–52. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-1-44-52.

Керимов И.А., Братков В.В., Бекмурзаева Л.Р. Динамика агроклиматических показателей степных ландшафтов Северного Кавказа по данным наземных наблюдений. // Геология и геофизика Юга России. – 2024а. – Т. 14. № 2. – С. 219–230. DOI: 10.46698/VNC.2024.92.31.017.

Керимов И.А., Эльжаев А.С., Додуев А.А. Дистанционный мониторинг лесных территорий (на примере эталонного участка «Рошни-Чу»). // Геология и геофизика Юга России. – 2024б. – Т. 14. № 4. – С. 180–191.

Лурье П.М., Панов В.Д. Влияние изменения климата на современное оледенение и сток рек северного склона Большого Кавказа. // Устойчивое развитие горных территорий. – 2013. – Т. 5. № 2. – С. 70–77.

Савинова С.В., Братков В.В., Мурашова И.Д., Клюшин П.В., Гусейнова Н.О. Оценка изменения NDVI сельхозугодий Ставропольского края за период активной вегетации в 2020 г. по снимкам среднего пространственного разрешения. // Юг России: экология, развитие. – 2023. – Т. 18. № 2. – C. 82–91. DOI: 10.18470/1992-1098-2023-2-82-91.

Родимцев С.А., Павловская Н.Е., Вершинин С.В., Горькова И.В., Гагарина И.Н. Использование вегетативного индекса NDVI для прогноза урожайности зерновых культур. // Вестник Новосибирского государственного университета. – 2022. – № 4. – С. 56–67.DOI: 10.31677/2072-6724-2022-65-4-56-67.

Черепанов А.С., Дружинина Е.Г. Вегетационные индексы. // Геоматика. – 2011. – № 2. – С. 98–102.

Яицкая Н.А., Дзагания Л.М., Бригида В.С. Геоэкологические опасности в условиях климатических изменений территорий субтропической зоны Кавказа. // Геология и геофизика Юга России. – 2023. – Т. 13. № 2. – С. 118–132. DOI: 10.46698/VNC.2023.54.85.010.

Abbass K., Qasim M.Z., Song H., Murshed M., Mahmood H., Younis I. A review of the global climate change impacts, adaptation, and sustainable mitigation measures. // Environmental Science and Pollution Research. – 2022. – Vol. 29. – pp. 42539–42559. DOI: 10.1007/s11356-022-19718-6.

Aryal J.P., Sapkota T.B., Khurana R., Khatri-Chhetri A., Rahut D.B., Jat M.L. Climate change and agriculture in South Asia: adaptation options in smallholder production systems. // Environment, Development and Sustainability. – 2020. – Vol. 22. – pp. 5045–5075. DOI: 10.1007/s10668-019-00414-4.

Asadi M.E. Effects of global climate change on water resources. // Journal of Agricultural Meteorology. – 2005. – Vol. 60. Issue 5. – pp. 637–640. DOI: 10.2480/agrmet.637.

Chausson A., Turner B., Seddon D., Chabaneix N., Girardin C.A.J., Kapos V., Key I., Roe D., Smith A., Woroniecki S., Seddon N. Mapping the effectiveness of nature-based solutions for climate change adaptation. // Global Change Biology. – 2020. – Vol. 26. Issue 11. – pp. 6134–6155. DOI: 10.1111/gcb.15310.

Esau I., Miles V.V., Davy R., Miles M.W., Kurchatova A. Trends in normalized difference vegetation index (NDVI) associated with urban development in northern West Siberia. // Atmospheric Chemistry and Physics. – 2016. – Vol. 16. Issue 15. – pp. 9563–9577. DOI: 10.5194/acp-16-9563-2016.

Malhi G.S., Kaur M., Kaushik P. Impact of climate change on agriculture and its mitigation strategies: a review. // Sustainability. – 2021. – Vol. 13. Issue 3. – pp. 1318–1339. DOI: 10.3390/su13031318.

Mortier S., Hamedpour A., Bussmann B., Wandji R.Ph.T., Latre S., Sigurdsson B.D. et al. Inferring the relationship between soil temperature and the normalized difference vegetation index with machine learning. // Machine Learning. – 2023. – 31 p. DOI: 10.1016/j.ecoinf.2024.102730.

Skakun S., Vermote E., Roger J-C., Franch B. Combined use of Landsat-8 and Sentinel2A images for winter crop mapping and winter wheat yield assessment at regional scale. // AIMS Geosciences. – 2017. – Vol. 3. Issue 2. – рр. 163–186. DOI: 10.3934/geosci.2017.2.163.

Yao Y. Pattern and change of NDVI and their environmental influencing factors for 1986–2019 in the Qinling-Daba Mountains of central China. // Frontiers in Forests and Global Change. – 2024. – Vol. 7. Art. No. 1372488. DOI: 10.3389/ffgc.2024.1372488.