Немецкие ученые разработали подход к оценке ежедневных потоков углерода на пахотных землях

Дайджест исследований

Повышение точности мониторинга обмена CO2 на пахотных землях в неоднородных пространственных масштабах имеет большое значение для уменьшения пространственной и временной неопределенности в оценке динамики углерода на суше. В данном исследовании разработан и опробован подход к оценке ежедневных потоков углерода на пахотных землях путем объединения временных рядов данных о потоках CO2 пульсационных измерений на полях и индексов растительности (ИР) со спутника Sentinel-2 после соответствующего учета пространственного выравнивания между двумя наборами данных временных рядов. Исследование проводилось для сельскохозяйственного поля (118 га) в низменности на северо-востоке Германии. Оценивалась способность различных ИР оценивать ежедневный чистый экосистемный обмен NEE и валовую первичную продуктивность GPP на основе моделей линейной регрессии. Большинство ИР показали высокие (>0,9) и статистически значимые (p<0,001) корреляции с GPP и NEE, хотя некоторые ИР отклонялись от сезонного распределения интенсивности обмена CO2. В отличие от этого, корреляции между интенсивностью дыхания экосистемы Reco и ИР были слабыми и статистически не значимыми, и попыток оценить Reco по ИР не предпринималось. Линейные регрессионные модели объясняли в целом более 80 % и 70 % изменчивости NEE и GPP, соответственно, при высокой изменчивости между отдельными ИР. Эффективность оценки суточных потоков углерода варьировала среди ИР в зависимости от компонента потока углерода (NEE или GPP) и периода наблюдений. Среднеквадратичная ошибка (RMSE) изменялась от 1,35 гС м-2 сут-1 при использовании индекса зеленой нормализованной разницы растительности (GNDVI) для NEE до 5 гС м-2 сут-1 при использовании простого отношения (SR) для GPP. Это привело к недооценке чистого поглощения углерода всего на 41 гС м-2 (18 %) и переоценке валового поглощения углерода на 854 гС м-2 (73 %). Различия между измеренными и оцененными потоками углерода объяснялись главным образом отклонением потока углерода и сигнала ИР в зимний период, когда поглощение углерода оставалось низким, в то время как значения ИР указывали на повышенное поглощение углерода из-за относительно высокой площади листьев культуры. В целом, результаты продемонстрировали схожие пределы погрешности с механистическими моделями сельскохозяйственных культур. Таким образом, они указывают на пригодность и расширяемость предложенного подхода для мониторинга обмена углерода на пахотных землях с помощью ИР, полученных со спутника.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences.