На сайте "poisknews.ru" опубликована интервью Т. Возовиковой с заведующим лабораторией спутникового мониторинга наземных экосистем ИКИ РАН, профессором С. Барталевым "Характеристика с орбиты. Спутники помогут оценить потенциал лесов России". Полностью с материалом можно ознакомиться по ссылке.

«Разработка методов и технологии комплексного использования данных дистанционного зондирования Земли из космоса для развития системы национального мониторинга бюджета углерода лесов России в условиях глобальных изменений климата» (или кратко «Космическая научная обсерватория углерода лесов России») – так называется поддержанный Российским научным фондом проект, в рамках которого ведутся изыскания. Интересно, что он объединил ведущих специалистов в области методов дистанционного зондирования Земли и исследований биогеохимических циклов в наземных экосистемах, отстаивающих разные подходы к оценке бюджета углерода. Однако, по замыслу инициаторов исследования, именно это обстоятельство создает беспрецедентную возможность для получения принципиально новых, более объективных, полных и точных, верифицированных и непротиворечивых данных, а также появления новой методологии оценки бюджета углерода лесов России – с применением дистанционного зондирования Земли из космоса.

Проект реализуется на базе Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (ЦЭПЛ РАН) под руководством профессора, заведующего лабораторией спутникового мониторинга наземных экосистем Института космических исследований РАН (ИКИ РАН) Сергея БАРТАЛЕВА. В беседе с ним «Поиск» выяснил, к примеру, что действующий государственный лесной реестр содержит данные, собранные лет 20 назад с лишним, а цифры, отражающие бюджет углерода наших лесов, у разных аналитиков отличаются порой более чем в 3 раза.

— Официальная оценка (ее дают специалисты ЦЭПЛ РАН) достаточно низкая – около 200 миллионов тонн углерода в год. Другие эксперты говорят о примерно 600 миллионах тонн углерода в год. Все эти оценки базируются почти на одних и тех же источниках данных учета лесов, полученных наземными методами, – сообщил профессор. – В государственном лесном реестре есть информация о площадях, покрытых лесными массивами, об их запасах древесины, породном составе и возрасте, пожарах, вырубках, гибели от вредных насекомых и болезней. Исходя из нее, специалисты строят различные модели, которые, условно говоря, превращают перечисленные данные в оценки бюджета углерода. Но эти данные о лесах устарели. Некоторые из них, к примеру, были получены еще в 50-х годах прошлого столетия, и только лишь для 15% площади лесов давность получения информации о них составляет менее 10 лет. Между тем со временем леса меняются – их вырубают, губят пожары и наводнения, где-то проводится восстановление, где-то они возобновляются естественным путем. Информацию о ежегодном изменении запасов древесины, которая позволяет точнее считать бюджет углерода, лесной реестр не отражает. Степень неопределенности сегодня такова, что утверждать объективность той или иной характеристики лесов практически невозможно.

— Сергей Александрович, на какой задел вы с коллегами опирались, инициируя свой проект? И найдется ли в его рамках применение уже накопленным данным?

— Разрабатывая в нашей лаборатории в ИКИ РАН методы изучения из космоса растительного покрова, мы предложили методику определения ключевых характеристик лесов, которая во многом составляет альтернативу способам сбора информации на Земле. Теперь можно регулярно получать данные о покрытой лесом площади, породном составе, запасе стволовой древесины, бонитете (потенциальной продуктивности), полноте лесов, об индексе их листовой поверхности (отражает площадь листвы и хвои, характеризует интенсивность фотосинтеза). Наши методы позволяют оценивать их ежегодно на основе объективных измерительных данных и методов их автоматизированной обработки – с минимальным участием человека. Есть характеристики, требующие постоянного мониторинга, но извлекаются они при анализе всего временного ряда наблюдений, и спутниковая информация, которая к нам поступает непрерывно, дает такую возможность. Например, получив и обработав данные спутниковых наблюдений всего за год, можно определить, где какая растет порода, каковы полнота и запас леса. Пожары мы обнаруживаем ежедневно, а то и несколько раз в день, в то время как определение бонитета и возраста лесов требуют многолетних наблюдений. Поэтому для получения разных характеристик информация извлекается дискретно.

Предлагаемая модель оценки основана на использовании данных, полученных из космоса. Разумеется, предусматривается и применение ряда наземных наблюдений, но они носят, скорее, вспомогательный характер. Из прежних наработок мы берем не столько фактуру, сколько закономерности взаимосвязей между различными характеристиками лесов, которые установлены по наземным данным, то, что вызывает меньше сомнений.

По словам С.Барталева, его лаборатория существует с 2003 года и все это время работает по лесному направлению, что позволило создать необходимые алгоритмы, методы и технологии для обработки спутниковой информации. В ходе реализации проекта появится методология, отвечающая требованиям современной науки, адаптированная к специфике России и использующая, помимо прочего, математические модели динамики лесных экосистем. Новая система мониторинга углеродного бюджета лесов России будет интегрированной и включит также новые тематические геоинформационные продукты – цифровые карты, базы пространственных данных. Как это в целом будет функционировать?

— Приходящая со спутников информация проходит глубокую предварительную обработку. Так, изображения, получаемые в различных диапазонах оптического спектра, «очищаются» от таких «мешающих» факторов, как облака и их тени, распознается наличие или отсутствие снега на Земле и так далее, – пояснил С.Барталев. – На основе временных рядов этих данных мы определяем покрытую лесом площадь, болота, гари, свободные от растительности участки поверхности, траву, мохово-лишайниковый покров и т.п. Внутри лесных массивов выделяем различные породы деревьев. Каждая порода по-своему меняет в течение года свои спектрально-отражательные характеристики, особенно лиственные (листва в течение года распускается, желтеет и опадает). Эта фенологическая (соответствующая сезонным природным изменениям) динамика, различающаяся у разных пород, и позволяет их выделить. На следующем этапе определяются проективное покрытие, сомкнутость крон этих лесов – так мы характеризуем их полноту или густоту. Данные, полученные в зимний период, позволяют посчитать объем древесных стволов с помощью специально разработанных математических моделей. Чем гуще и выше лес, тем больше он контрастирует со снегом.
Ключевая характеристика для понимания того, с какой скоростью лесной массив поглощает углерод, – это возраст. Молодые, быстрорастущие леса связывают его быстрее, в то время как спелые, перестойные могут даже частично терять в результате отмирания древесины (иногда этот показатель может превышать прирост). Определить возраст и продуктивность помогают модели для анализа данных многолетних наблюдений за изменениями объема стволовой древесины. Таким образом, мы способны ежегодно получать необходимые характеристики для всей лесной территории страны и, опираясь на выявленную динамику объема стволов, оценивать количество поглощенного углерода.

— А как будет определяться размер углеродной эмиссии леса во время пожаров?

— Замечу, что, по нашим оценкам, примерно 12% площади, покрытой темнохвойными лесами (пихта, ельники), усохли за последние 10 лет не от пожаров или вырубки. Они погибли от вредителей, засухи, ураганных ветров. По результатам проекта впервые появится возможность инструментально оценивать эмиссию от разложения древесины, погибшей от пожаров и усыхания лесов. Наша методика позволяет определять площади пройденных огнем участков и степень их повреждения. Что касается эмиссии углерода, возникающей в процессе горения леса (первичной), то она рассчитывается, исходя из интенсивности горения и характеристик лесов.

— Ваш проект – это заявка на создание интегрированной системы наблюдений за лесами, не имеющей мировых аналогов. Именно масштабность и актуальность поставленных задач привлекли специалистов, отстаивающих разные научные подходы к их решению?

— Разумеется, но не только – важную роль сыграла и поддержка, которую мы получили благодаря успешному участию в конкурсе РНФ. Это существенно расширило наши возможности: в проекте работают лучшие российские исследователи, уже получившие широкое международное признание, и в то же время в него активно привлекаются молодые кадры. Например, 15-я Всероссийская школа-конференция молодых ученых по фундаментальным проблемам дистанционного зондирования Земли из космоса, которую мы проводим ежегодно в рамках конференции ИКИ РАН по этой же тематике, нынешней осенью, в ноябре, пройдет в рамках проекта и станет более представительной и тематически сконцентрированной на масштабной и актуальной научной задаче. Впервые в ней примет участие академик РАН, научный руководитель Сибирского федерального университета Евгений Ваганов, группа которого работает в проекте. Одно из возглавляемых им направлений – анализ годичных колец деревьев как индикаторов изменений климата и экологических условий. Полученные учеными СФУ детальные наземные измерения помогают нам, условно говоря, калибровать оценки, построенные на основе космической информации.

Также впервые лекторами школы станут четверо авторитетных иностранных ученых. В их числе – автор одного из наиболее популярных учебников по дистанционному зондированию доктор Гарет Рис, профессор университета в Кембридже.

В проекте участвуют главный научный сотрудник ЦЭПЛ РАН Дмитрий Замолодчиков и ведущий научный сотрудник этого Центра Дмитрий Ершов. Их наработки мы используем при совместном анализе и сопоставлении спутниковых и наземных данных. Плотно сотрудничают с нашей командой известные ученые Международного института прикладного системного анализа (Австрия) Анатолий Швиденко и Дмитрий Щепащенко.

Мы применяем уникальные возможности программно-вычислительного комплекса и архивы информации дистанционного зондирования Центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа данных спутниковых наблюдений ИКИ РАН, эффективную научно-административную поддержку оказывают проекту директор ЦЕПЛ РАН член-корреспондент РАН Наталья Лукина и административный координатор Дарья Тебенькова.

Исследование объединяет больших ученых и молодых кандидатов наук, аспирантов, студентов Физтеха и выпускников МГУ, освоивших наш курс по дистанционному зондированию растительного покрова, в ходе которого их знакомят с текущими результатами проекта.

— Позволит ли ваша методика определять бюджет углерода на перспективу?

— Мы видим возможность прогнозировать изменения эмиссии на ближайшие лет 50. Можно пытаться управлять бюджетом углерода, строя модели и с учетом того или иного сценария развития климата, усиливая охрану леса от пожаров, увеличивая площади насаждений, которые наращивают его поглотительную способность. Сажать лес или софинансировать противопожарные меры может быть выгоднее, нежели покупать дополнительные эмиссионные квоты при расширении производства. Сделать правильный выбор поможет анализ разных сценариев развития экономики России в зависимости от траекторий вероятных климатических изменений, который в рамках проекта проводят ученые-экономисты Сибирского федерального университета, в частности, Антон Пыжев и его коллеги.

— А что ждет от реализации проекта индустриальный партнер?

— Принятые Россией в рамках Парижского соглашения обязательства по 30-процентному снижению объема выбросов углерода в атмосферу побуждают крупный отечественный бизнес к поиску решений, позволяющих выполнять эти обязательства при максимально возможном повышении эффективности производства. Наш партнер – Сибирская угольно-энергетическая компания (СУЭК). В первую очередь она заинтересована в понимании экономической составляющей разных вариантов участия в мероприятиях по сокращению выбросов парниковых газов. По соглашению с СУЭК мы должны выполнить оценку предотвращения эмиссий углерода от лесных пожаров при различных уровнях защиты лесов.

— По сути, получается, что важным промежуточным результатом проекта станет новая система учета лесных угодий страны, которую вам приходится создавать для достижения его основной цели?

— Да, высокоточная, позволяющая регулярно корректировать и обновлять базу данных, которой при необходимости сможет воспользоваться и Рослесхоз. Если содержащаяся там информация приобретет статус официальной, то в рамках ежегодной отчетности по выбросам, предусмотренной международными договорами (включая Парижское соглашение), Росгидромет сможет опираться на нее, защищая интересы страны.