Выявление региональных особенностей глобальных изменений природной среды на основе материалов спутниковой съёмки
Данная выпускная квалификационная работа, посвящена изучению региональных особенностей изменений природной среды, с использованием материалов спутниковой съемки. Рассматриваются лесные экосистемы Республики Башкортостан в различных природных зонах, в 7 ключевых участках: в лесостепной зоне, в лесной зоне и в горно-лесной области. Разработана и апробирована методика (путем написания кода в облачной платформе для геопространственного анализа Google Earth Engine), который позволяет сделать отбор и обработку данных дистанционного зондирования Земли, с учетом необходимых параметров. Впервые, на изучаемую территорию, были рассчитаны средние значения NDVI и NDWI, индексы, дающие характеристики состояния растительного покрова, проведен сравнительный анализ полученных значений индексов с данными близлежащих к ключевым участкам метеостанций, оценено влияние тенденций изменений метеорологических данных на данные NDVI и NDWI. Путем анализа полученных данных выявлены характерные изменения природной среды изучаемой территории.
Введение…………………………………………………………………………………….. 3
Глава 1. ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ………………………………………………………… 5
1.1 Глобальные изменения природной среды и климата………………………………… 5
Глава 2. ВЛИЯНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН……………………………………………………….. 10
2.1. Краткая географическая характеристика территории Республики Башкортостан… 10
2.2. Изменения природной среды Республики Башкортостан…………………………… 16
Глава 3. СПУТНИКОВАЯ СЪЕМКА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ…………………………………………………….. 19
3.1 Основы дистанционного зондирования Земли……………………………………….. 19
3.2 Обзор работ по исследованию природной среды с использованием материалов спутниковой съемки………………………………………………………………………… 25
Глава 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ И ВЫЯВЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ СПУТНИКОВОЙ СЪЕМКИ………
31 4.1 Ключевые участки и их характеристика………………………………………………. 31
4.2 Данные дистанционного зондирования Земли, использованные в исследовании…. 33
4.3 Метеорологические данные для исследования……………………………………….. 35
4.4 Характеристика программных средств, использованных в работе…………………. 38
5. МОНИТОРИНГ И ВЫЯВЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ СПУТНИКОВОЙ СЪЕМКИ………………………………………………………………………… 43
5.1 Создание полигонов в QGIS…………………………………………………………… 43
5.2 Разработка методики отбора данных ДЗЗ. Написание кода и обработка данных
ДЗЗ в Google Earth Engine………………………………………………………………….. 45
5.3 Анализ полученных данных и выявление изменений………………………………… 50
Заключение …………………………………………………………………………………. 63
Литература ……………………………………………………………………………………….. 65 ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………………….. 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Код для обработки данных дистанционного зондирования Земли………………………………………………………………………………………… 72
Актуальность темы. Современное состояние природной среды подвержено
изменениям, что обусловлено природными и антропогенными факторами. Одним из
методов исследования изменения природной среды – является мониторинг изменения
природных условий. Мониторинг – это комплексная система наблюдений за состоянием
окружающей среды, оценки и прогноза изменений ее состояния под воздействием
природных и антропогенных факторов. Мониторинг предполагает процесс
систематического или непрерывного сбора информации о параметрах окружающей
среды для определения тенденций их изменения. Мониторинг можно проводить с
помощью сети стационарных пунктов, однако наблюдения на отдельных точках или
профилях не всегда отражают пространственные изменения. Поэтому использование
аэро- и космических снимков является необходимым условием проведения регулярных
наблюдений за современным состоянием систем. Сравнение их с результатами съемок,
выполненных в прошлые годы, десятилетия позволяет точно выявить произошедшие
изменения природной среды. Применение материалов спутниковой съемки при
проведении мониторинга сводится к сопоставлению разновременных данных для
выявления изменений в природной среде.
Цель работы: Разработать методику мониторинга природной среды (на примере
лесных экосистем) с использованием материалов спутниковой съемки и апробировать её
на примере ключевых участках, расположенных на территории Республики
Башкортостан.
Задачи научно-исследовательской работы:
-Анализ изученности данного вопроса и актуальности данной темы, обзор
литературы;
-описание географической характеристики территории Республики
Башкортостан и природных особенностей ключевых участков исследования;
-подбор данных дистанционного зондирования Земли и метеорологических
данных, а именно, информации по температуре воздуха и относительной влажности
воздуха, как об одних из главных факторов, влияющих на состояний лесного покрова и
в целом природной среды;
-разработка методики отбора и обработки данных дистанционного зондирования
Земли с необходимыми параметрами, такие как: временной промежуток,
местоположение объекта исследований, допустимый процент облачности и т.д.
-статистический анализ данных ДЗЗ, исследование динамики, изменений
показателей NDVI и NDWI;
-статистический анализ данных метеостанций;
-сравнение, сопоставление данных ДЗЗ и наземных данных (данных
метеостанций), анализ, выявление характерных изменений.
Объект исследования: объектом исследования являются современные
изменения природной среды.
Предмет исследования: тенденции изменений природной среды в пределах
изучаемой территории.
Научная новизна.
1. Разработана методика (путем написания кода в облачной платформе для
геопространственного анализа Google Earth Engine), который позволяет сделать отбор и
обработку данных дистанционного зондирования Земли, с учетом необходимых
параметров (временной промежуток, местоположение объекта исследований,
допустимый процент облачности).
2. Впервые, на изучаемую территорию, были рассчитаны средние значения
NDVI и NDWI, индексы, дающие характеристики состояния растительного покрова
(для летнего периода, с 1985 по 2020 гг.), проведен сравнительный анализ полученных
значений индексов с данными близлежащих к ключевым участкам метеостанций,
оценено влияние тенденций изменений метеорологических данных на данные NDVI и
NDWI. Путем анализа полученных данных выявлены характерные изменения
природной среды изучаемой территории.
1. ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.6 (92 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
4.9 (522 отзыва)
4.9 (298 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
0 (13 отзывов)
5 (49 отзывов)
