Анализ фенологии костра кровельного (Bromus tectorum L.) по временным рядам данных дистанционного зондирования

Западные штаты США подвергаются инвазии костра кровельного (Bromus tectorum L.) — однолетнего злака, который изменяет сезонный ход фенологических процессов в захваченных им экосистемах. Цель исследования — оценить методы мониторинга этой инвазии. Благодаря особенностям годового цикла костёр кровельный не только успешно конкурирует с другими растениями, но и выявляется по временным рядам данных дистанционного зондирования. На основе нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI), полученного со спутника MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), и пространственно интерполированных данных об осадках к месячным наблюдениям применили сплайн-интерполяцию и построили временные ряды NDVI и осадков для штата Юта за 2001–2005 годы. Рассчитали ряд существующих фенологических показателей и разработали несколько новых показателей, описывающих связь между временными рядами NDVI и осадков. Эти показатели не только характеризуют реакцию экосистем на осадки при разной степени инвазии, но и позволяют прогнозировать распространение костра кровельного. Для оценки прогностической способности показателей на основе временных рядов проверили несколько распространённых алгоритмов интеллектуального анализа данных. Присутствие костра кровельного удалось определить с точностью 90%, а один из четырёх категориальных уровней инвазии — с точностью 71%. Показатели на основе временных рядов эффективно прогнозировали степень распространения костра кровельного, превосходили показатели, рассчитанные только по NDVI, и давали больше информации, чем существующие подходы к картированию этого растения по фенологическим данным. Результаты важны для разработки стратегий долгосрочного мониторинга состояния экосистем в масштабах ландшафта.