Спутниковые снимки показали сезонные колебания функционального разнообразия растений

Географическое расположение всех сцен EnMAP, оцененных для исследования. Каждая красная точка представляет одну сцену. Две линии обозначают тропики Рака и Козерога, которые делят набор данных на три зоны. Автор: Даниэль Медерер

Функциональное разнообразие растений оказалось высокодинамичным во времени и значительно колеблется. На него влияют сезонные циклы и периоды засухи/дождей, причем показатели варьируются в зависимости от региона. К таким выводам пришли исследователи из Лейпцигского университета, Фрайбургского университета и Орхусского университета в Дании.

Исследовательская группа под руководством эколога Даниэля Медерера из Лейпцигского университета проанализировала более 4000 спутниковых снимков, сделанных в различных точках мира между июнем 2022 года и сентябрем 2024 года. Их исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.

«Мы хотели выяснить, насколько велики временные изменения функционального разнообразия в разных регионах Земли, и могут ли простые методы сбора данных предоставить необходимую информацию. Благодаря новой временной серии изображений со спутника EnMAP и использованию искусственного интеллекта для анализа данных, это стало возможным впервые», — объясняет Медерер, который проводит исследования в Институте наук о системе Земли и дистанционного зондирования.

Одиночный снимок, по его словам, недостаточен для захвата и понимания биоразнообразия во всех его измерениях. Комбинируя анализ спутниковых изображений с ИИ, исследователи получили представление о глобальных моделях биоразнообразия, которые невозможно было бы получить с помощью традиционных методов.

Хотя новые технологии не могут заменить устоявшиеся подходы, Медерер добавляет, что они предлагают ценное дополнение для лучшего понимания экосистем.

Исследователи использовали алгоритмы ИИ для определения характеристик растений из спутниковых сцен. На основе этих характеристик они затем рассчитали количественные меры функционального разнообразия — то есть различных ролей и характеристик растений в пределах среды обитания.

Их цель — сделать карты функционального разнообразия растений как можно более надежными. Это важно, среди прочего, для глобальных моделей и мониторинга экосистем в контексте изменения климата, поскольку такие продукты могут использоваться в качестве критериев для принятия решений, объясняет Медерер.

«Далее мы планируем улучшить пространственное разрешение сцен спутника EnMAP с помощью алгоритма повышения резкости изображений, чтобы мы могли также захватывать мелкомасштабные различия», — добавляет он. Это позволит нам представлять изменения в функциональном разнообразии растений с еще большей точностью», — подчеркивает Медерер.

До сих пор пространственное разрешение спутниковых изображений составляло 30 метров. Из-за этого исследователи наблюдали изменения функционального разнообразия на уровне ландшафта, а не для отдельных растений.

Кроме того, доступность данных была неодинаковой для всех регионов мира. Например, команда не смогла проанализировать биомы тундры и бореальных лесов, потому что для этих районов не было доступно достаточно сцен EnMAP.

Облака также оказались проблематичными, поскольку они часто закрывают растительность во многие сезоны, отмечает Медерер. Более того, исследователи не смогли получить информацию о характеристиках подлеска или о признаках растений, которые не видны в растительном покрове.

Больше информации: Daniel Mederer et al, Unraveling the seasonality of functional diversity through remote sensing, Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02646-x

Источник: Leipzig University