sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556620060102sergeogr-1213Research ArticleГеоинформационные системы и картографированиеGeoinformation Systems and MappingsКартографирование таежных болот Западной Сибири на основе дистанционной информацииWestern Siberia’s Taiga Wetlands Mapping Based on Remote Sensing DataТерентьеваИ. Е.TerentievaI. E.

Москва

Moscow

kleptsova@gmail.comФилипповИ. В.FilippovI. V.

Ханты-Мансийск

Khanty-Mansiysk

filip83pov@yandex.ruСабрековА. Ф.SabrekovA. F.

Москва

Ханты-Мансийск

Moscow

Khanty-Mansiysk

misternickel@mail.ruГлаголевМ. В.GlagolevM. V.

Москва

Ханты-Мансийск

с. Успенское, Одинцовский р-н, Московская обл.

Khanty-Mansiysk

Moscow

Uspenskoe, Moscow Oblast

m_glagolev@mail.ruКурбатоваЮ. А.KurbatovaJ. A.

Москва

Moscow

kurbatova.j@gmail.comМаксютовШ.MaksyutovS.

Цукуба

Tsukuba

shamil@nies.go.jpИнститут проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАНРоссияA.N. Severtsov Institute of Ecology and EvolutionRussian FederationЮгорский государственный университетРоссияYugra State UniversityRussian FederationИнститут проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН; Югорский государственный университетРоссияA.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution; Yugra State University; Water Problems Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН; Югорский государственный университет; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт лесоведения РАНРоссияYugra State University; Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University; Institute of Forest Science of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный институт исследований окружающей средыЯпонияNational Institute for Environmental StudiesJapan202018022021846920930Copyright © Терентьева И.Е., Филиппов И.В., Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Курбатова Ю.А., Максютов Ш., 20212021Терентьева И.Е., Филиппов И.В., Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Курбатова Ю.А., Максютов Ш.Terentieva I.E., Filippov I.V., Sabrekov A.F., Glagolev M.V., Kurbatova J.A., Maksyutov S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1213

Изучение болот важно для понимания климатических процессов, поскольку данные ландшафты аккумулируют углерод и являются источником метана. Гетерогенность их пространственной структуры создает проблему при оценке баланса углерода на основании данных точечных наблюдений. Для расчетов региональной эмиссии метана создана карта болотных и аквальных ландшафтов таежной зоны Западной Сибири, использующая классификацию с обучением спутниковых снимков Landsat. Использованы полевые данные по 28 ключевым участкам, а также снимки сверхвысокого разрешения. Классификационная схема включала шесть основных типов болотных комплексов, широко распространенных в зоне тайги. Оценка точности карты опиралась на 1082 полигона размером 10 × 10 пикселей; итоговое значение составило 79%. Общая площадь болот и аквальных ландшафтов тайги составила 54.5% площади Западной Сибири или 11% площади болот всего мира. Средняя заболоченность территории составляет 29%. Преобладают грядово-мочажинные (31% площади болот), грядово-мочажинно-озерковые и рямовые комплексы (по 18%); распространены мезо- и эвтрофные болота (16%) и аквальные ландшафты (11%); остальные площади заняты мерзлотными бугристыми болотами. Новая карта отражает существенные изменения в соотношении площадей комплексов, имеющих разные показатели эмиссии метана и стока диоксида углерода по сравнению с предыдущей инвентаризацией, и может быть основой для новых оценок вклада болот Западной Сибири в регуляцию глобального климата.

Investigations of wetlands are important for understanding the climate processes because wetlands are the source of methane and the tank of CO2. However, high fine-scale heterogeneity of wetlands complicates estimating carbon balance using point observations. To estimate methane emission, we mapped wetlands and water body areas in taiga of Western Siberia using supervised classification of Landsat images. For these purposes, we used our own dataset of field observation on 28 test sites as well as the high-resolution images. A wetland classification scheme included 6 main wetland types that are widely spread in taiga zone. Overall accuracy of 79% was calculated using 1082 polygons of 10 × 10 pixel size. Wetland area was estimated at 54.6 Mha or 11% of the global wetland areas. The average area of wetlands reached 29% of the zone area. Patterned bogs dominated in taiga (31% of the wetland area) followed by patterned bogs with lakes (18%) and forested bogs (18%). Fens (16%), water bodies (11%) and palsa complexes covers the rest of the area. We expect considerable growth of the regional methane flux as a result of significant changes of wetland areas comparing to the previous estimates. New map might be useful for model and global wetland dataset validation.

Западная Сибирьболотаметандиоксид углеродакарта болотLandsatWestern Siberiawetlandspeatlandsmethanecarbon dioxidewetland mapLandsatИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 18-35-00340.The research was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research, project no. 18-35-00340.ReferencesБарталев С.А., Егоров В.А., Ершов Д.В., Исаев А.С., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Уваров И.А. Спутниковое картографирование растительного покрова России по данным спектрорадиометра MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. № 8. С. 285–302.Bartalev S.A., Egorov V.A., Ershov D.V., Isaev A.S., Lupyan E.A., Plotnikov D.E., Uvarov I.A. Mapping of Russia’s vegetation cover using MODIS satellite spectroradiometer data. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, 2011, no. 8, pp. 285–302. (In Russ.).Величко А.А., Тимирева С.Н., Кременецкий К.В., МакДональд Г., Смит Л. Западно-Cибирская равнина в облике позднеледниковой пустыни // Изв. РАН. Сер. геогр. 2007. № 4. С. 16–28.Velichko A.A., Timireva S.N., Kremeneckij K.V., MakDonal’d G., Smit L. West Siberian Plain as a late glacial desert. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2007, no. 4, pp. 16–28. (In Russ.).Вомперский С.Э., Сирин А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Майков Д.А. Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия // Изв. РАН. Сер. геогр. 2005. № 5. С. 39–50.Vomperskii S., Tsyganova O., Kovalev A., Glukhova T., Valyaeva N. Paludified soils and mires of Russia and carbon pool of their peat. In Krugovorot Ugleroda na Territorii Rossii [Carbon Сycle in Russia]. Moscow: Ministerstvo Nauki i Tekhnologii RF, 1999, pp. 124– 145. (In Russ.).Ильина И.С., Лапшина Е.И., Лавренко Н.Н., Мельцер Л.И., Романова Е.А., Богоявленский Б.А., Махно В.Д. Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск: Наука, 1985. Т. 250. С. 21–34.Il’ina I.S., Lapshina E.I., Lavrenko N.N., Mel’tser L.I., Romanova E.A., Bogoyavlenskii B.A., Makhno V.D. Rastitel’nyi pokrov Zapadno-Sibirskoi ravniny [West Siberian Plain Vegetation Cover]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1985. 248 p.Исаченко А.Г. Ландшафты СССР. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1985. 320 с.Isachenko A.G. Landshafty SSSR [Landscapes of the USSR]. St. Petersburg: Leningrad. Gos. Univ., 1985. 320 p.Кац Н.Я., Нейштадт М.И. Болота // Природные условия и естественные ресурсы СССР. Западная Сибирь / под ред. Г.Д. Рихтера. М.: Изд. АН СССР, 1963. С. 230–248.Kats N., Neishtadt M.I. Peatlands. In Prirodnye usloviya i estestvennye resursy SSSR. Zapadnaya Sibir’ [Environmental Conditions and Natural Resources of the USSR. Western Siberia]. Rikhter G.D., Ed. Moscow: Akad. Nauk SSSR, 1963, pp. 230–248. (In Russ.).Лапшина Е.Д. Флора болот юго-востока Западной Сибири. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2004. 296 с.Lapshina E.D. Flora bolot yugo-vostoka Zapadnoi Sibiri [The Flora of the South-East of Western Siberia]. Tomsk: Tomsk. Gos. Univ., 2004. 296 p.Лащинский Н.Н., Писаренко О.Ю. Аналоги аапаболот в подтаежной зоне Западной Сибири // Растительность болот: современные проблемы классификации, картографирования, использования и охраны / Материалы международного научнопрактического семинара. Минск, 30 сентября– 1 октября 2009 г. Минск: Право и экономика, 2009. С. 194–197.Lashchinskii N.N., Pisarenko O.Yu. Aapa peatlands in subtaiga of Western Siberia. In Rastitel'nost' bolot: sovremennye problemy klassifikatsii, kartografirovaniya, ispol'zovaniya i okhrany [Peatland Vegetation: Modern Problems of Classification, Mapping, Usage, and Protection]. Minsk: Pravo i Ekon. Publ., 2009. 194 p. (In Russ.).Лисс О., Абрамова Л., Аветов Н., Березина Н., Инишева Л., Курнишкова Т., Слука З., Толпышева Т., Шведчикова Н. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула: Гриф и Ко, 2001. 584 с.Liss O., Abramova L., Avetov N., Berezina N., Inisheva L., Kurnishkova T., Sluka Z., Tolpysheva T., Shvedchikova N. Bolotnye sistemy Zapadnoi Sibiri i ikh prirodookhrannoe znachenie [Wetland Systems of West Siberia and Their Importance for Nature Conservation]. Tula: Grif i Ko Publ., 2001. 584 p.Романова Е.А. Растительность болот // Растительный покров Западно-Сибирской равнины / под ред. И.С. Ильиной. Новосибирск: Наука CO, 1985. С. 138–160.Romanova E.A. Peatland vegetation. In Rastitel’nost’ bolot. Rastitel’nyi pokrov Zapadno-Sibirskoi ravniny [Vegetation Cover of the West Siberian Plain]. Il’ina I.S., Ed. Novosibirsk: Nauka Publ., 1985, pp. 138–160. (In Russ.).Романова Е.А., Быбина Р.Т., Голицина Е.Ф., Иванова Г.М., Усова Л.И., Трушникова Л.Г. Типологическая карта болот Западно-Сибирской равнины. Л.: ГУГК, 1977. 500 с.Wetland Typology Map of the West Siberian Lowland. Romanova E.A., Ed. Leningrad: GUGK Publ. 1977. 500 p. (In Russ.).Сочава В.Б., Лавренко Е.М. Геоботаническая карта СССР. 1954. Масштаб 1 : 4000000.Geobotanical Map of the USSR. Sochava V.B., Lavrenko E.M., Eds. (In Russ.).Усова Л.И. Практическое пособие по ландшафтному дешифрированию аэрофотоснимков различных типов болот Западной Сибири. СПб.: НесторИстория, 2009. 80 с.Usova L.I. Prakticheskoe posobie po landshaftnomu deshifrirovaniyu aerofotosnimkov razlichnykh tipov bolot Zapadnoi Sibiri [Practical Guide on Classification of Different Wetland Types of Western Siberia by Aerial Images]. St. Petersburg: Nestor-Istoriya Publ., 2009. 80 p.Фридланд В.М. Почвенная карта РСФСР. М.: ГУГК, 1988.The Soil Map of the Russian Soviet Federative Socialist Republic. Fridland V.M., Ed. Moscow: GUGK Publ. 1988.Юрковская Т.К. Геоботаническое картографирование и составление аналитических карт растительности // Актуальные проблемы геоботаники. III Всерос. школа-конф. Лекции. 2007. С. 43–71.Yurkovskaya T.K. Geobotanical mapping and drawing up of analytical vegetation maps. In Aktual’nye Problemy Geobotaniki. III Vserossiiskaya Shkola-Konferentsiya [Actual Problems of Geobotany. III All-Russia SchoolConf. Lectures]. Petrozavodsk: Karel’skii Nauchn. Tsentr RAN, 2007, pp. 43–71. (In Russ.).Bohn T.J., Melton J.R., Ito A., Kleinen T., Spahni R., Stocker B.D., Zhang B., Zhu X., Schroeder R., Glagolev M.V., Maksyutov S. WETCHIMP-WSL: intercomparison of wetland methane emissions models over West Siberia // Biogeosciences. 2015. V. 12. № 11. P. 3321–3349.Bohn T.J., Melton J.R., Ito A., Kleinen T., Spahni R., Stocker B.D., Zhang B., Zhu X., Schroeder R., Glagolev M.V., Maksyutov S. WETCHIMP-WSL: intercomparison of wetland methane emissions models over West Siberia. Biogeosci., 2015, vol. 12, no. 11, pp. 3321– 3349.Congalton R.G., Green K. Assessing the accuracy of remotely sensed data: principles and practices. CRC press, 2008.Congalton R.G., Green K. Assessing the Accuracy of Remotely Sensed Data: Principles and Practices. CRC press, 2008. 328 p.Cowell D.W. Earth Sciences of the Hudson Bay Lowland: Literature Review and Annotated Bibliography. Lands Directorate, Environment Canada, 1982.Cowell D.W. Earth Sciences of the Hudson Bay Lowland: Literature Review and Annotated Bibliography. Burlington, Ont.: Lands Directorate, Environ. Canada, 1982. 309 p.Denman K.L. et al. Climate change 2007: the physical science basis // Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / S. Solomon et al. (Eds.). Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007. Ch. 7. P. 499–588.Denman K.L., et al. Climate change 2007: the physical science basis. In Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Solomon S., Qin D., Manning M., et al., Eds. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007, ch. 7, pp. 499–588.Frey K.E., Smith L.C. How well do we know northern land cover? Comparison of four global vegetation and wetland products with a new ground-truth database for West Siberia // Global Biogeochemical Cycles. 2007. V. 21. № 1. https://doi.org/10.1029/2006GB002706Frey K.E., Smith L.C. How well do we know northern land cover? Comparison of four global vegetation and wetland products with a new ground-truth database for West. Global Biogeochem. Cyc., 2007, vol. 21, no. 1. doi 10.1029/2006GB002706Gluck M.J., Rempel R.S., Uhlig P. An evaluation of remote sensing for regional wetland mapping applications. Sault Ste. Marie: Ontario Forest Research Institute, 1996. 33 p.Gluck M.J., Rempel R.S., Uhlig P. An evaluation of remote sensing for regional wetland mapping applications. Sault Ste. Marie: Ontario Forest Res. Inst. 1996. 33 p.Gong P., Wang J., Yu L., Zhao Y., Zhao Y., Liang L., Niu Z., Huang X., Fu H., Liu S., Li C. Finer resolution observation and monitoring of global land cover: first mapping results with Landsat TM and ETM+ data // Int. J. Remote Sensing. 2013. V. 34. № 7. P. 2607–2654.Gong P., Wang J., Yu L., Zhao Y., Zhao Y., Liang L., Niu Z., Huang X., Fu H., Liu S., Li C. Finer resolution observation and monitoring of global land cover: first mapping results with Landsat TM and ETM+ data. Int. J. Remote Sens., 2013, vol. 34, no. 7, pp. 2607–2654.Lehner B., Döll P. Development and validation of a global database of lakes, reservoirs and wetlands // J. Hydrology. 2004. V. 296. № 1–4. P. 1–22.Lehner B., Döll P. Development and validation of a global database of lakes, reservoirs and wetlands. J. Hydrol., 2004, vol. 296, no. 1–4, pp. 1–22.Motohka T., Nasahara K.N., Oguma H., Tsuchida S. Applicability of green–red vegetation index for remote sensing of vegetation phenology // Remote Sensing. 2010. V. 2. № 10. P. 2369–2387.Motohka T., Nasahara K.N., Oguma H., Tsuchida S. Applicability of green–red vegetation index for remote sensing of vegetation phenology. Remote Sens., 2010, vol. 2, no. 10, pp. 2369–2387.Niu Z., Zhang H., Wang X., Yao W., Zhou D., Zhao K., Zhao H., Li N., Huang H., Li C., Yang J. Mapping wetland changes in China between 1978 and 2008 // Chinese Science Bulletin. 2012. V. 57. № 22. P. 2813–2823.Niu Z., Zhang H., Wang X., Yao W., Zhou D., Zhao K., Zhao H., Li N., Huang H., Li C., Yang J. Mapping wetland changes in China between 1978 and 2008. Chinese Sci. Bull., 2012, vol. 57, no. 22, pp. 2813–2823.Ozesmi S.L., Bauer M.E. Satellite remote sensing of wetlands // Wetlands ecology and management. 2002. V. 10. № 5. P. 381–402.Ozesmi S.L., Bauer M.E. Satellite remote sensing of wetlands. Wet. Ecol. Manag., 2002, vol. 10, no. 5, pp. 381–402.Page S.E., Rieley J.O., Banks C.J. Global and regional importance of the tropical peatland carbon pool // Global Change Biology. 2011. V. 17. № 2. P. 798–818.Page S.E., Rieley J.O., Banks C.J. Global and regional importance of the tropical peatland carbon pool. Glob. Chang. Biol., 2011, vol. 17, no. 2, pp. 798–818.Peregon A., Maksyutov S., Yamagata Y. An image– based inventory of the spatial structure of West Siberian wetlands // Env. Res. Let. 2009. V. 4. № 4. P. 045014.Peregon A., Maksyutov S., Yamagata Y. An imagebased inventory of the spatial structure of West Siberian wetlands. Environ. Res. Lett., 2009, vol. 4, no. 4, pp. 045014.Prigent C., Papa F., Aires F., Rossow W.B., Matthews E. Global inundation dynamics inferred from multiple satellite observations, 1993–2000 // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. https://doi.org/10.1029/2006JD007847Prigent C., Papa F., Aires F., Rossow W.B., Matthews E. Global inundation dynamics inferred from multiple satellite observations, 1993–2000. J. Geoph. Res., 2007, vol. 112, no. D12. doi 10.1029/2006JD007847Sheng Y., Smith L.C., MacDonald G.M., Kremenetski K.V., Frey K.E., Velichko A.A., Lee M., Beilman D.W., Dubinin P. A high-resolution GIS-based inventory of the west Siberian peat carbon pool // Global Biogeochem. Cycles. 2004. V. 18. № 3.Sheng Y., Smith L.C., MacDonald G.M., Kremenetski K.V., Frey K.E., Velichko A.A., Lee M., Beilman D.W., Dubinin P. A high-resolution GIS-based inventory of the west Siberian peat carbon pool. Glob. Biogeochem. Cyc., 2004, vol. 18, no. 3.Tiner J., Ralph W. Use of high–altitude aerial photography for inventorying forested wetlands in the United States // Forest Ecol. and Management. 1990. V. 33. P. 593–604.Tiner J., Ralph W. Use of high-altitude aerial photography for inventorying forested wetlands in the United States. Forest Ecol. Manag., 1990, vol. 33, pp. 593–604.Whitcomb J., Moghaddam M., McDonald K., Kellndorfer J., Podest E. Mapping vegetated wetlands of Alaska using L-Band radar satellite imagery // Canadian J. Remote Sensing. 2009. V. 35. № 1. P. 54–72.Whitcomb J., Moghaddam M., McDonald K., Kellndorfer J., Podest E. Mapping vegetated wetlands of Alaska using L-Band radar satellite imagery. Can. J.Rem. Sens., 2009, vol. 35, no. 1, pp. 54–72.Zhuang Q., Melillo J.M., Sarofim M.C., Kicklighter D.W., McGuire A.D., Felzer B.S., Sokolov A., Prinn R.G., Steudler P.A., Hu S. CO2 and CH4 exchanges between land ecosystems and the atmosphere in northern high latitudes over the 21st century // Geophys. Res. Let. 2006. V. 33. № 17.Zhuang Q., Melillo J.M., Sarofim M.C., Kicklighter D.W., McGuire A.D., Felzer B.S., Sokolov A., Prinn R.G., Steudler P.A., Hu S. CO2 and CH4 exchanges between land ecosystems and the atmosphere in northern high latitudes over the 21st century. Geophys. Res. Lett., 2006, vol. 33, no. 17.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.