sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587-55662019251-68sergeogr-879Research ArticleПриродные процессы и динамика геосистемNatural Processes and Dynamics of GeosystemsТепловое поле южно-таежного ландшафта Русской равниныThermal Field of the Southern Taiga Landscape of the Russian PlainПузаченкоЮ. Г.PuzachenkoYu. G.

Москва

Moscow

БайбарА. С.BaibarA. S.baybaranastasia@yandex.ruВарлагинА. В.VarlaginA. V.

Москва

Moscow

КренкеА. Н.SandlerskyR. B.

Москва

Moscow

СандлерскийР. Б.KrenkeA. N.

Москва

Moscow

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАНРоссияInstitute of Ecology and Evolution, Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут географии, РАНРоссияInstitute of Ecology and Evolution, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАНРоссияInstitute of Geography, Russian Academy of SciencesRussian Federation201916052019025168Copyright © Пузаченко Ю.Г., Байбар А.С., Варлагин А.В., Кренке А.Н., Сандлерский Р.Б., 20192019Пузаченко Ю.Г., Байбар А.С., Варлагин А.В., Кренке А.Н., Сандлерский Р.Б.Puzachenko Y.G., Baibar A.S., Varlagin A.V., Sandlersky R.B., Krenke A.N.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/879

Рассмотрена технология выделения параметров порядка (инварианты) пространственной структуры теплового поля южно-таежного ландшафта (Центрально-Лесной заповедник), полученных на основе анализа временной серии измерений в длинноволновом канале спутников серии Landsatc 1986 по 2017 гг. и отражающих его стационарное состояние. Показано, что со спутника измеряется тепловой поток не непосредственно от крон леса, а от приземного слоя атмосферы, состояние которого определяется параметрами ландшафта. Установлено, что инвариантная составляющая пространственно-временного варьирования теплового поля отображается двумя параметрами порядка: первый преимущественно отражает температуру зимних месяцев, второй — летних. Выявлен вклад рельефа и растительности в определении инварианта и автохтонные составляющие теплового поля, определяемые переходными зонами между контрастными по тепловому излучению элементами ландшафта. Показано, что тепловое поле, измеряемое со спутника, отражает тепловой поток от приземного слоя атмосферы, находящийся в прямом взаимодействии с ландшафтным покровом.

The technology of allocation of order parameters (invariants) of the spatial structure of the thermal field of the southern taiga landscape (Central Forest Nature Reserve) obtained on the basis of the analysis of the time series of measurements in the long-wave channel of Landsat satellites from 1986 to 2017 and reflecting its stationary state is considered. It is shown that the heat flux is measured by the satellite not directly from the forest crowns, but from the ground layer of the atmosphere, the state of which is determined by the parameters of the landscape. It is found that the invariant component of the spatiotemporal variation of the thermal field is displayed by two order parameters: the first mainly reflects the temperature of winter months, the second — of summer. The contribution of relief and vegetation to the determination of invariants and the autochthonous components of the thermal field determined by the transition zones between the landscape elements contrasting in thermal radiation are revealed. It is shown that the thermal field measured by the satellite reflects the heat flux from the ground layer of the atmosphere, which is in direct interaction with the landscape cover.

тепловое (температурное поля)лесландшафтпараметры порядкаинвариантсинергетикаLandsatthermal (temperature) fieldforestlandscapeorder parametersinvariantsynergeticsLandsatРНФ, грант 18-17-00129 (разработка методологии статьи) и гранта РГО-а 17-05-41069 (расчет инвариант)ReferencesБольшая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1969-1978. C. 19774. 2Bol'shayasovetskaya entsiklopediya [The Great Soviet Encyclopedia]. Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya Publ., 1969-1978. 19774 p.Кабанов М.В. Некоторые закономерности климатических и экосистемных изменений в Сибири // Журнал Сиб. Фед. ун-та. Биология. 2008. Т. 1. № 4. С. 312-322.Kabanov M. V. Some regularities of climatic and ecosystem changes in Siberia. Zh. Sib. Fed. Univ., Biol. 2008, vol. 1, no. 4, pp. 312-322.Казаков А.А. Дистанционное геотермическое картографирование болот Западной Сибири (на примере Тарманского болотного массива) // Вестн. Тюменского ун-та. Науки о Земле. 2013. № 4. С. 161-167.Kazakov A. A. Remote geothermal sensing of Western Siberia bogs (the case of Tarmany marsh massif). Tyumen St. Univ. Herald, 2013, no. 4, pp. 161-167.Пузаченко Ю.Г. Инварианты динамической геосистемы // Изв. РАН. Сер. геогр. № 5. 2010. С 6-16.Puzachenko Yu.G. Invariants of the dynamic geosystem. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2010, no. 5, pp. 6-16. (In Russ.).Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: ACADEMIA. 2004. 416 c.Puzachenko Yu.G. Matematicheskie metody v ekologicheskikh igeograficheskikh issledovaniyakh [Mathematical Methods in Ecological and Geographical Research]. Moscow: ACADEMIA Publ., 2004. 416 p.Пузаченко Ю.Г. Организация ландшафта // Вопр. географии. 2014. № 138. С. 35-65.Puzachenko Yu.G. Organization of landscape. In Voprosy geografii. Sb. 138: Gorizonty lands-haftovedeniya [Problems of Geography. Vol. 137: Landscape Science Horizons]. Moscow: Kodeks Publ., 2014, pp. 35-65. (In Russ.).Пузаченко Ю.Г, Козлов Д.Н. Геоморфологическая история развития региона. Комплексные исследования в Центрально-Лесном государственном природном биосферном заповеднике: их прошлое, настоящее и будущее // Матер. сов. Тр. Центрально-Лесного заповедника. Вып. 4. Тула: Гриф и К, 2007. С. 125-159.Puzachenko Yu.G., Kozlov D.N. Geomorphological history of the region. Integrated research in the Central-Forest State Nature Biosphere Reserve: their past, present and future. In Tr. Tsentral'no-Lesnogo zapovednika [Proceedings of the Central Forest Reserve]. Tula, 2007, vol. 4, pp. 125-159. (In Russ.).Сочава В.Б. Учение о геосистема. Новосибирск: Наука, 1975. 39 с.Sochava V.B. Uchenie o geosistemakh [The Doctrine of Geosystems]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1975. 39 p. 9Хакен Г. Принципы работы головного мозга: Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности // М: Пер СЕ, 2001. 351 с.Haken H. Principles of Brain Functioning: A Synergetic Approach to Brain Activity. Berlin, New York: Springer, 2001. 351 p.Хакен Г. Синергетика. М: Изд. МИР, 1980. 405 с.. Haken H. Synergetics. An Introduction. Berlin: Springer, 1980. 450 p.Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник. Популярный очерк. М.: Изд. “Деловой мир”, 2007. 80 с.. Tsentral'no-Lesnoi gosudarstvennyi prirodnyi biosfernyi zapovednik. Populyarnyi ocherk [Central-Forest State Nature Biosphere Reserve. A Popular Essay]. Moscow: Delovoi Mir Publ., 2007. 80 p.Chen F., Yang S., Yin K., Chan P. Challenges to quantitative applications of Landsat observations for the urban thermal environment // Environ Sci (China). 2017. № 59. Р. 80-88.. Chen F., Yang S., Yin K., Chan P. Challenges to quantitative applications of Landsat observations for the urban thermal environment. J. Environ. Sci. — China, 2017, no. 59, pp. 80-88.Nguyen-Thanh Son, Bui-Xuan Thanh Decadal assessment of urban sprawl and its effects on local temperature using Landsat data in Can Tho city, Vietnam // Sustainable Cities and Society. 2018. № 36. Р. 81-91.. Son N.T., Thanh B.X. Decadal assessment of urban sprawl and its effects on local temperature using Landsat data in Cantho city, Vietnam. Sustainable Cities and Society, 2018, no. 36, pp. 81-91.Fernandez-Manso A., Quintano C., Roberts D. Burn severity influence on post-fire vegetation cover resilience from Landsat MESMA fraction images time series in Mediterranean forest ecosystems // Remote Sens. Environ. 2016. № 184. Р. 112-123.. Fernandez-Manso A., Quintano C., Roberts D. Burn severity influence on post-fire vegetation cover resilience from Landsat MESMA fraction images time series in Mediterranean forest ecosystems. Remote Sens. Environ, 2016, no. 184, pp. 112-123.Hais M., Kuсhera T. The influence of topography on the forest surface temperature retrieved from Landsat TM, ETM+ and ASTER thermal channels // Photogrammetry and Remote Sensing. 2018. № 64. Р. 585-591.. Hais M., Kuchera T. The influence of topography on the forest surface temperature retrieved from Landsat TM, ETM+ and ASTER thermal channels. ISPRS J.Photogramm., 2018, no. 64, pp. 585-591.Huang C.Y., Anderegg W.R.L. Vegetation and surface brightness dynamics after aspen forest die-off // Geoph. Research. 2014. № 119. Р. 1297-1308.. Huang C.Y., Anderegg W.R.L. Vegetation, land surface brightness, and temperature dynamics after aspen forest die off. J. Geophys. Res. Biogeosci., 2014, vol. 119, no. 7, pp. 1297-1308.Jorgensen S.E., Svirezhev Y.M. Towards a Thermodynamic Theory for Ecological Systems // Elsevier. 2004. 380 p.. Jorgensen S.E., Svirezhev Y.M. Towards a Thermodynamic Theory for Ecological Systems. Elsevier, 2004. 380 p.Kang Yun Analysis of temperatures distribution of forest type class using Landsat imagery // ASPRS Annual Conference Milwaukee, Wisconsin. 2011. Р. 8-16.. Kang J.M., Yun H.C., Park J.K. Analysis of temperatures distribution of forest type class using Landsat imagery. ASPRS Annual Conference, Milwaukee, 2011, pp. 8-16.Puzachenko Yu., Sandlersky R., Sankovski A. Methods of Evaluating Thermodynamic Properties of Landscape Cover Using Multispectral Reflected Radiation Measurements by the Landsat Satellite // Entropy. 2013. № 15. Р. 3970-3982.. Puzachenko Y., Sandlersky R. , Sankovskii A. . Methods of Evaluating Thermodynamic Properties of Landscape Cover Using Multispectral Reflected Radiation Measurements by the Landsat Satellite. Entropy, 2013, no. 15(9), pp. 3970-3982.Puzachenko Y.G., Sandlersky R.B., Svirejeva-Hopkins A. Estimation of thermodynamic parameters of the biosphere, based on remote sensing // Ecol. Modell. 2011. № 222. Р. 2913-2923.. Puzachenko Y.G., Sandlersky R.B., Svirejeva-Hopkins A. Estimation of thermodynamic parameters of the biosphere, based on remote sensing. Ecol. Modell., 2011, no. 222, pp. 2913-2923.Ray T.W. A FAQ on Vegetation in Remote Sensing. URL. ftp://kepler.gps.caltech.edu/pub/terrill.rsvegfaq (accessed 13.01.2019).. Ray T.W. A FAQ on Vegetation in Remote Sensing. California Institute of Technology, 1994. Available at: http://www.remote-sensing.info/wp-content/up-loads/2012/07/A_FAQ_on_Vegetation_in_Remote_Sensing.pdf (accessed 13.01.2019).Vlassova L., Perez-Cabello F., Nieto H., Martin P., Riano D. Assessment of Methods for Land Surface Temperature Retrieval from Landsat-5 TM Images Applicable to Multiscale Tree-Grass Ecosystem Modeling // Remote Sens. 2014. № 6. Р. 4345-4368.. Vlassova L., Perez-Cabello F., Nieto H., Martin P., Riano D. Assessment of Methods for Land Surface Temperature Retrieval from Landsat-5 TM Images Applicable to Multiscale Tree-Grass Ecosystem Modeling. Remote Sens., 2014, no. 6, pp. 4345-4368.Wood J. The Geomorphological Characterization of Digital Elevation Models. Leicester, UK: Department of Geography, 1996. 466 p.. Wood J. The Geomorphological Characterization of Digital Elevation Models. Leicester: University of Leicester, 1996. 466 p.

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