Дистанционное зондирование приобретает всё большее значение в исследованиях биоразнообразия
Для измерения биоразнообразия исследователи уже около 30 лет, наряду с традиционными полевыми исследованиями, используют различные методы дистанционного зондирования. Под руководством учёных из UFZ международная команда исследователей представляет в журнале Ecological Indicators текущие возможности, разработки и перспективы дистанционного зондирования, подчёркивая его огромный потенциал для помощи будущим исследованиям биоразнообразия.
Изменения биоразнообразия — одно из свидетельств последствий изменения климата. Ключевая задача исследований биоразнообразия — зафиксировать текущую ситуацию, изучить процессы внутри экосистем и выявить возможные изменения, а также нарушения. «Для этого нам нужны надёжные данные на больших площадях и за короткие промежутки времени», — говорит ландшафтный эколог UFZ PD д-р Ангела Лауш. «Различные методы дистанционного зондирования уже в значительной степени соответствуют этим требованиям».
Используя спутниковые снимки, можно определить распространение изучаемого вида растений, например, по его форме роста, форме листа, геометрии листа, фенологии или цвету цветка — на больших территориях и во времени. Кроме того, спутники оснащены спектральными датчиками, которые помогают различать и фиксировать виды растений или растительные сообщества на основе их специфических биохимических свойств (хлорофилл, целлюлоза, содержание воды или белка в листьях и т.д.).
В зависимости от изучаемого вопроса, методы дистанционного зондирования различаются по своей способности измерять биологическое разнообразие. При выборе метода всегда необходимо учитывать, может ли сенсор дистанционного зондирования фактически измерять выбранные ключевые параметры — то есть, является ли спектральное, пространственное или временное разрешение адекватным для ответа на вопрос, и какие выводы можно из этого извлечь для исследования биоразнообразия.
«Глядя вперёд, крайне важно, чтобы биологи, экологи, географы и специалисты по дистанционному зондированию сотрудничали более тесно, чем раньше, и лучше знакомились с дискурсом друг друга», — говорит исследователь биоразнообразия UFZ, соавтор исследования проф. Йозеф Сеттеле. «Признаки растений, животных, воды и почвы — это то, что связывает дистанционное зондирование с другими дисциплинами», — добавляет Лауш.
Гиперспектральный спутник EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) должен быть запущен в 2018 году и будет предоставлять данные изображений с очень высоким спектральным разрешением. Гиперспектральное дистанционное зондирование затем можно будет использовать для измерения гораздо большего количества биохимических параметров, таких как азот, фосфат или содержание воды в листовой ткани.
«EnMAP значительно улучшит идентификацию видов и растительных сообществ с помощью дистанционного зондирования. Однако наибольший потенциал гиперспектрального дистанционного зондирования заключается в измерении процессов и нарушений внутри экосистем на больших площадях», — говорит Лауш. «Данные, полученные со спутника EnMAP, будут находиться в свободном доступе для всех пользователей. Поэтому мы, исследователи биоразнообразия, должны быть готовы распознать и использовать потенциал нового поколения спутников».
Тем не менее, полевые исследования, где собираются образцы, регистрируются виды и растительные сообщества, а также определяются процессы в экосистемах — такие как фотосинтетическая активность или способность связывать углерод — по-прежнему будут необходимы. В отличие от дистанционного зондирования, они представляют лишь локальную и временную выборку, а также требуют много времени, средств и обычно утомительны для оценки. Однако они предоставляют важнейшую информацию, которую невозможно зафиксировать с помощью дистанционного зондирования — например, информацию об экологической потенции, стрессовом поведении и адаптивности видов и растительных сообществ. Кроме того, они незаменимы для оценки и интерпретации данных дистанционного зондирования.
«Одно невозможно без другого», — говорит Лауш. «Биоразнообразие можно измерить точнее, чем раньше, а процессы, включая их изменения и нарушения, можно отобразить на различных пространственных и временных масштабах, только комбинируя in-situ исследования и дистанционное зондирование».
Однако с точки зрения практической реализации всё ещё есть несколько препятствий, говорит Лауш. Типичным препятствием является тот факт, что во всём мире до сих пор существует очень мало единых стандартов, посвящённых измерению данных о биоразнообразии. Кроме того, связь между полевыми данными и данными дистанционного зондирования должна быть оптимизирована, чтобы было проще агрегировать большие, сложные и неоднородные объёмы данных, а данные можно было легче оценивать и переносить в модели.
Ключевым шагом в этом направлении являются так называемые «Основные переменные биоразнообразия» (Essential Biodiversity Variables, EBV), разработка которых стала возможной благодаря усилиям учёных, таких как Ангела Лауш и многих её соавторов по всему миру.