Магистерская диссертация на тему "ТЮМГУ | Оценка динамики растительности на разновозрастных гарях в субарктике на основе материалов дистанционного зондирования земли"

Работа на тему: Оценка динамики растительности на разновозрастных гарях в субарктике на основе материалов дистанционного зондирования земли
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ НАУК О ЗЕМЛЕ
Кафедра геоэкологии и природопользования

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
магистерская диссертация
Оценка динамики растительности на разновозрастных гарях в субарктике на основе материалов дистанционного зондирования земли

05.04.06 Экология и природопользование
Магистерская программа «Геоэкология нефтегазодобывающих регионов»

Тюмень 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЯ ГАРЕЙ 6
1.1. МЕТОДЫ ДИСТАНЦИОННОГО АНАЛИЗА ГАРЕЙ 6
1.2. ПОСЛЕДСТВИЯ ПОЖАРОВ ДЛЯ ПОЧВЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ 14
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ (ТЕРРИТОРИИ НАДЫМСКОГО И ТАЗОВСКОГО РАЙОНОВ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА) 25
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 25
2.2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РЕЛЬЕФ 26
2.3. КЛИМАТ 28
2.4. ВНУТРЕННИЕ ВОДЫ 29
2.5. ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ 30
2.6. ТЕХНОГЕННАЯ НАГРУЗКА 31
ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ВЕГЕТАЦИОННЫХ ИНДЕКСОВ 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 53

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Изучение постпирогенных сукцессий в Субарктике важно для оценки воздействия пожаров на субарктические экосистемы и их последующего восстановления в условиях быстрых изменений климата и высокой антропогенной нагрузки, связанной с добычей углеводородов и хозяйственной деятельностью коренных народов Севера. Послепожарное восстановление растительности в зоне лесотундры изучено слабо, хоть оно и сопровождается серьезными изменениями в составе растительного покрова и может продолжаться в течение десятилетий.
Для исследования сукцессий нужны регулярные долгосрочные полевые наблюдения, что требует больших трудовых, временных и материальных ресурсов. Также, это неосуществимо при изучении ранних стадий гарей, появившихся несколько десятков лет назад. Оценка состояния растительности может быть проведена при помощи данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Их использование позволяет получать большие объемы детализированных данных на обширные территории, охватывая длительные периоды времени, которые можно использовать для определения закономерностей и отслеживания динамики восстановления растительности во времени. Однако, при наличии постоянно увеличивающейся в размерах спутниковой информации необходимой становится разработка методов автоматизации обработки данных, способствующих увеличению эффективности работы с массивами космических снимков.
Цель работы – оценка динамики восстановления растительного покрова на разновозрастных гарях в субарктическом поясе Западной Сибири на основе данных дистанционного зондирования Земли.
Задачи:
1. проанализировать современные методы дистанционного анализа гарей и закономерности постпирогенных сукцессий в лесотундре Западной Сибири;
2. дать физико-географическую характеристику району исследования, включающему территории Надымского и Тазовского районов Ямало-Ненецкого автономного округа.
3. определить методику исследования восстановления растительности гарей разного возраста по материалам дистанционного зондирования Земли;
4. оценить динамику восстановления растительности по вегетационным индексам NBR и NDVI на гарях Надымского и Тазовского районов.
Объект исследования – растительный покров, формирующийся на выгоревших участках лесотундры Западной Сибири.
Предмет исследования – многолетняя динамика состояния растительного покрова в ходе постпирогенной сукцессии по данным дистанционного зондирования.
Защищаемые положения:
1) Временной интервал восстановления фотосинтезирующей биомассы растительности до фонового уровня для лесотундры Западной Сибири по данным NDVI занимает от 3 до 8 лет.
2) Совместное использование вегетационных индексов NDVI и NBR при комплексном изучении постпирогенных сукцессий с оценкой восстановления фотосинтезирующей биомассы и проективного покрытия обеспечивает более объективный результат в сравнении с использованием только одного из этих индексов.
Методы исследования
В работе использовались анализ, синтез, обобщение, индукция, сравнительно-описательный, картографический, геоинформационный, статистический и аэрокосмический методы.
Научная новизна
Впервые нами был получен и проанализирован временной интервал восстановления фотосинтезирующей биомассы растительного покрова в постпирогенный период для лесотундры Западной Сибири. Установлено, что срок восстановления может варьироваться от 3 до 8 лет и, вероятно, зависит от возраста гари. Нами установлено различие в оценках состояния растительности между вегетационными индексами NDVI и NBR. NDVI характеризует количество зеленой биомассы, в то время как NBR более чувствителен к проективному покрытию и имеет свойство к более медленному восстановлению.
Практическая значимость
Примененный в рамках исследования метод можно использовать при изучении динамики и темпов восстановления растительности других субарктических районов России и мира. Алгоритмы позволяют в значительной степени автоматизировать и существенным образом ускорить процесс получения информации о состоянии растительного покрова исследуемой территории.
Апробация результатов
По результатам исследования были опубликованы тезисы в сборнике конференции «Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды» [Миляев, с. 404-408].
Структура и объем диссертации
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка. Текст работы изложен на 57 страницах печатного текста, включая список литературы, содержит 10 рисунков. Библиографический список включает в себя 43 источника.
В первой главе анализируются литературные источники на темы методов дистанционного анализа гарей и последствий пожаров для почв и растительности. Во второй главе дается физико-географическая характеристика района исследования, в которой особое внимание уделено почвенно- растительному покрову. В третьей главе описаны методы исследования. В четвертой оценена многолетняя динамика вегетационных индексов NBR и NDVI на разновозрастных гарях Надымского и Тазовского районов ЯНАО.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Barrett K. et al. Vegetation shifts observed in arctic tundra 17 years after fire // Remote Sensing Letters. 2012. Т. 3. №. 8. P. 729-736.
2. Boelman N. T., Rocha A. V., Shaver G. R. Understanding burn severity sensing in Arctic tundra: exploring vegetation indices, suboptimal assessment timing and the impact of increasing pixel size // International Journal of Remote Sensing. 2011. Т. 32.
№. 22. С. 7033-7056.
3. Chen D., Loboda T. V., Hall J. V. A systematic evaluation of influence of image selection process on remote sensing-based burn severity indices in North American boreal forest and tundra ecosystems // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2020. Т. 159. С. 63-77.
4. Chen D. et al. Strong cooling induced by stand-replacing fires through albedo in Siberian larch forests // Scientific Reports. 2018. Т. 8. №. 1. С. 1-10.
5. Dvornikov Y. et al. Wildfire dynamics along a North-Central Siberian latitudinal transect assessed using Landsat imagery // Remote Sensing. 2022. Т. 14. №. 3. С. 790.
6. Epting J., Verbyla D. Landscape-level interactions of prefire vegetation, burn severity, and postfire vegetation over a 16-year period in interior Alaska // Canadian Journal of Forest Research. 2005. Т. 35. №. 6. P. 1367-1377.
7. Fire and vegetation dynamics in northwest Siberia during the last 60 years based on high-resolution remote sensing / Sizov O. [et al.]. // Biogeosciences. 2021. Т. 18. №. 1. P. 207–228.
8. Fire-induced changes in soil and vegetation in the forest-tundra of Western Siberia / Sizov O. [et al.]. // E3S Web of Conferences. EDP Sciences, 2020. Т. 223. P. 03001.
9. Frost G. V., Epstein H. E. Tall shrub and tree expansion in Siberian tundra ecotones since the 1960s // Global change biology. 2014. Т. 20. №. 4. С. 1264-1277.
10. Garcia M. J. L., Caselles V. Mapping burns and natural reforestation using Thematic Mapper data // Geocarto International. 1991. Т. 6. №. 1. С. 31-37.
11. Gorelick N. et al. Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone // Remote sensing of Environment. 2017. Т. 202. P. 18-27.
12. Jorgenson M. T., Grosse G. Remote sensing of landscape change in permafrost regions
// Permafrost and periglacial processes. 2016. Т. 27. №. 4. С. 324-338.
13. Krawchuk M. A. et al. Global pyrogeography: the current and future distribution of wildfire // PloS one. 2009. Т. 4. №. 4. С. e5102.
14. Landhausser S. M., Wein R. W. Postfire vegetation recovery and tree establishment at the Arctic treeline: climate-change-vegetation-response hypotheses // Journal of Ecology. 1993. С. 665-672.
15. Loranty M. M. et al. Siberian tundra ecosystem vegetation and carbon stocks four decades after wildfire // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2014. Т. 119. №. 11. С. 2144-2154.
16. Mack M. C. et al. Carbon loss from an unprecedented Arctic tundra wildfire // Nature.
2011. Т. 475. №. 7357. С. 489-492.
17. Masyagina O. V. Carbon dioxide emissions and vegetation recovery in fire-affected forest ecosystems of Siberia: recent local estimations // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2021. Т. 23. P. 100283.
18. Post-fire vegetation succession in the Siberian subarctic tundra over 45 years / R.J. Heim, A. Bucharova, L. Brodt, J. Kamp, D. Rieker, A.V. Soromotin, A. Yurtaev, N. Holzel // Science of the Total Environment. 2020. № 143425.
19. Rouse J. W. et al. Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS // NASA Spec. Publ. 1974. Т. 351. №. 1. С. 309.
20. RStudio T. et al. RStudio: integrated development for R // Rstudio Team, PBC, Boston, MA. 2020.
21. Talucci A. C. et al. Evaluating post-fire vegetation recovery in Cajander Larch Forests in Northeastern Siberia using UAV derived vegetation indices // Remote Sensing. 2020. Т. 12. №. 18. С. 2970.
22. Tan Z. et al. MODIS-informed greenness responses to daytime land surface temperature fluctuations and wildfire disturbances in the Alaskan Yukon River Basin
// International journal of remote sensing. 2013. Т. 34. №. 6. P. 2187-2199.
23. Team R. D. C. A language and environment for statistical computing
24. The footprint of Alaskan tundra fires during the past half-century: implications for surface properties and radiative forcing / Rocha A. V. [et al.]. // Environmental Research Letters. 2012. Т. 7. №. 4. P. 044039.
25. Tucker C. J. Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation // Remote sensing of Environment. 1979. Т. 8. №. 2. С. 127-150.
26. Viereck L. A. et al. Effect of wildfire and fireline construction on the annual depth of thaw in a black spruce permafrost forest in interior Alaska: a 36-year record of recovery
// Proceedings of the Ninth International Conference on Permafrost, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, Alaska. 2008. Т. 29. С. 1845-1850.
27. Walker D. A. et al. Circumpolar Arctic vegetation: a hierarchic review and roadmap toward an internationally consistent approach to survey, archive and classify tundra plot data // Environmental Research Letters. 2016. Т. 11. №. 5. С. 055005.
28. Бродт Л. В. и др. Постпирогенная трансформация растительного покрова в тундровой зоне за 5 лет // Проблемы региональной экологии. 2022. №. 2. С. 62- 66.
29. Габышева Л. П. Растительность гарей Лено-Амгинского междуречья (Центральная Якутия) как кормовая база копытных // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2017. №. 3. С. 18-28.
30. Замараева Т. А. Возобновление шиловидных и бокальчатых лишайников после пожаров в лиственничных лесах лесотундры Западной Сибири // Вестник Тюменского государственного университета. Серия: Медико-биологические науки. 2012. № 6. 2012. Т. 6. С. 104-108.
31. Застрожнов А. С. и др. Карта четвертичных образований территории Российской Федерации (масштаб 1: 2 500 000). 2016. Т. 1. №. 2. С. 500.
32. Кофтан Ю. Р., Мирзеабасов О. А., Зверева Г. Н. Модернизированная Web- система удаленного доступа к ЯОД-архивам ЕГФД (Web АИСОРИ М)
33. Лазуков Г. И. Карта четвертичных отложений и геоморфологическая карта // Атлас Тюменской области. 1971. №. 1.
34. Ларин С. И. Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа // Омск: Омская картографическая фабрика. 2004.
35. Лыткина Л. П., Миронова С. И. Послепожарная сукцессия в лесах криолитозоны (на примере Центральной Якутии) // Экология. 2009. №. 3. С. 168-173.
36. Магомедова М. А. Восстановление лишайникового покрова на гарях в предтундровых лесах Западной Сибири // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа. 2006. №. 1. С. 27-38.
37. Миляев И. А. Восстановление растительного покрова на гарях лесотундры Западной Сибири по данным дистанционного зондирования // Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды. 2023. С. 404-408.
38. Московченко Д. В., Московченко М. Д. Оценка современной динамики ландшафтов Заполярного месторождения с использованием спутниковых данных // Вестник Тюменского государственного университета. Серия: Экология и природопользование. 2018. Т. 2. №. 4. С. 6-16.
39. NDVI: теория и практика // GIS–Lab [сайт].
40. Пространственно-временной анализ природных пожаров в лесотундре Западной Сибири / Московченко Д. В. [и др.]. // Сибирский экологический журнал. 2020. Т. 27. №. 2. С. 243–255.
41. Родионова Н. В., Вахнина И. Л., Желибо Т. В. Оценка динамики послепожарного состояния растительности на территории Ивано-Арахлейского природного парка (Забайкальский край) по радарным и оптическим данным спутников SENTINEL- 1/2 // Исследование Земли из космоса. 2020. №. 3. С. 14-25.

42. Сизов О. С. и др. Оценка постпирогенной динамики тундровой растительности на севере Западной Сибири за последние 50 лет (1968-2018) на основе данных ДЗЗ детального и высокого разрешения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. №. 4. С. 137-153.
43. Чевычелов А. П. Постпирогенные трансформации мерзлотных почв Северо- Востока России // Проблемы региональной экологии. 2018. №. 6. С. 101-103.