- •mathematical models in ecohydrology of heterogeneous Soil substrate in arid environmEnts
- •Mathematical modeling of anthill as a natural structure optimizing mechanical energy of foraging insects and heat transfer
- •Resource partitioning during intraspecific competition
- •Чумаченко С.И. Имитационное моделирование многовидовых разновозрастных лесных насаждений: Диссертация на соискание уч. ст. докт. биол. наук. - Мытищи, 2006.
- •УРАВНЕНИЕ ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ В ФОРМЕ ФЕРХЮЛЬСТА-БАУЭРА
- •ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ РИСКА В МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ МЕГАПОЛИСА (на примере экосистем ООПТ "Воробьевы горы")
- •Выводы
- •Разнообразие сукцессий при зарастании сельскохозяйственных угодий на юге Московской области по данным дистанционного зондирования
- •Экологическая структура и хаотическая динамика зоопланктона устьевой области притока равнинного водохранилища в условиях климатических аномалий жарких лет
- •Параметризация скоростей трансформации растительного опада в зависимости от его химического состава
- •преимущества И ограничения эволюционно стабильной СТРАТЕГИИ кормового поиска ЛЕСНОЙ КУНИЦЫ mARTES MARTES l.
- •экологический блок гис в целях городского планирования
- •качественная модель Взаимодействия популяций иксодового клеща и его прокормителей
- •Оценка скорости трансформации органического вещества растений-торфоообразователей в олиготрофном болоте Западной Сибири
- •Анализ структуры тундровых ландшафтов на основе данных дистанционного зондирования
- •АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ДРЕВОСТОЕВ МЕТОДАМИ СЛУЧАЙНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ПОЛЕЙ
- •Самоорганизация растительного покрова аридных экосистем НА ПРИМЕРЕ "ВЕДЬМИНЫХ КРУГОВ" В НАМИБИИ
- •О компьютерной обработке геоботанических описаний по экологическим шкалам
- •Моделирование потоков углекислого газа в мезо-олиготрофной топяной болотной экосистеме
- •ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОлогических факторов на современную горимость лесов (на примере тверской области)
- •Мультистабильность в простейших моделях эволюции естественных популяций
- •два подхода математического моделирования конкурентных отношений деревьев дуба черешчатого
- •связЬ первичной биологической продуктивности растительного покрова с фитомассой для биомов Евразии И ЕЕ РОЛЬ В МОДЕЛЯХ БИОТИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА В ЭКОСИСТЕМАХ ПОЛЯРНОГО ПОЯСА
- •ДИФФУЗИОННАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И СТРУКТУРЫ ТЬЮРИНГА В МОДЕЛЯХ ТРОФИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ТИПА «РЕСУРС-ПОТРЕБИТЕЛЬ» С ТАКСИСОМ
- •Использование обменного формата Darwin Core для создания Web-ориентированной геоинформационной системы по распространению редких видов, СОВМЕСТИМОЙ С МЕЖДУНАРОДНОЙ БАЗОЙ ДАННЫХ GBIF
- •МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СМЕШАННЫХ ДРЕВЕСНЫХ СООБЩЕСТВ
- •Кластеризация в моделях метапопуляций
- •ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ОРГАНИЧЕСКИМИ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ КОМПОНЕНТАМИ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
- •Кшнясев И.А., Давыдова Ю.А.
- •Анализ данных с мезоолиготрофного болота Мэдл-Пэв-Нюр
- •Объект исследования
- •Анализ данных
- •ДВА ПОДХОДА К ОПИСАНИЮ ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕНОСА В ПРИПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ.
- •ДИАЛЕКТИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МОДЕЛИ: ПОУЧИТЕЛЬНАЯ ИСТОРИЯ ИЗ ЖИЗНИ ВЕЙНИКОВ
- •ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ ПОИСКА ПЕРИОДИЧЕСКИХ ТРАЕКТОРИЙ ОДНОМЕРНЫХ УНИМОДАЛЬНЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ
- •Перспективы моделирования постпирогенного восстановления растительности и почв
- •Доступный азот как фактор экосистемной динамики в фазе климакса на лесном олиготрофном болоте
- •Влияние экстремальной засухи на подземный транспорт углерода под разными древесными породами
- •Экологическая модель эмиссии СО2 с поверхности сфагнума в разных условиях произрастания
- •ПРОБЛЕМА НОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ АЗОТА ЛЕСНЫХ ПОЧВ В МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ: ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ – ПОДЗОЛЫ НА КВАРЦЕВЫХ ПЕСКАХ
- •Надпорожская М.А.
- •ДИНАМИКА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ОСИНОВОГО ДРЕВОСТОЯ НА ПОСТОЯННОЙ ПРОБНОЙ ПЛОЩАДИ В ЧЕРНЕВОМ ПОЯСЕ ЗАПАДНОГО САЯНА
- •Оценка первичной валовой и нетто продукции лесов по величине поглощенной Фотосинтетически активной радиации (ФАР)
- •Моделирование осадконакопления и трансформации осадка в почвенном профиле
- •ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ И СПЕКТРОЗОНАЛЬНОЙ СЪЕМКИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ
- •Региональные оценки уязвимости продуктивности растениеводства к изменениям климата в XX-XXI веке в России
- •3. Обсуждение результатов
- •МОДЕЛЬ ПРОДУКТИВНОСТИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЗАСУШЛИВОГО КЛИМАТА: АДАПТИВНЫЙ ПОДХОД
- •УЧЁТ КЛИМАТИЧЕСКИХ РИСКОВ В ОПТИМИЗАЦИИ АГРОНОМИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТЕОРИИ ИГР
- •Моделирование динамики численности речного бобра (Castor fiber L.) в субоптимальных и пессимальных местообитаниях экосистем малых рек
- •АНАЛИЗ ПрименениЯ критериев согласия для анализа биологических данных с помощью пакета Biosystem office
- •ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИ ЭКОСИСТЕМЫ ЗОНЫ АПВЕЛЛИНГА РАЙОНА ЦЕНТРАЛЬНО-ВОСТОЧНОЙ АТЛАНТИКИ
- •Динамика запасов и пула доступного азота в сосняках Серебряноборского лесничества: модельные оценки с учетом вклада атмосферных выпадений
- •Рысин Л.П., Савельева Л.И., Полякова Г.А., Рысин С.Л., Беднова О.В., Маслов А.А. Мониторинг рекреационных лесов. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2003. – 168 с.
- •пространственное распределение охотничьих животных ЕВРЕЙСКОЙ АВТОНОМНОЙ ОБЛАСТИ
- •Развитие Матричной модели популяции белоплечего орлана на основе данных полевых наблюдений 2008-2014 гг.
- •ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗА АНТРОПОГЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ В РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ТУВЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС
- •МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ ПРИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИИ
- •Материалы, методы, результаты
- •Выводы
- •Литература
- •КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ХИМИЧЕСКОМ МЕТОДЕ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ
- •Статистическое оценивание разнообразия растительности на основе неоднородных геоботанических данных
- •В настоящей работе рассмотрены методы моделирования динамики численности насекомых-филлофагов, позволяющие не включать в модели влияние регулирующих факторов и не определять функцию восприимчивости популяции насекомых к модифицирующим факторам.
- •Модель (1) позволила оценить вклад погодных факторов в изменение плотности популяции, определить запаздывание реакции паразитов на изменение плотности популяции вида-хозяина.
- •Предложенный подход к моделированию популяционной динамики лесных насекомых-филлофагов позволил получить краткосрочный (на 2-4 года) прогноз динамики численности моделируемых популяций.
- •Работа поддержана РФФИ (грант 15-04-01192).
- •Карта болот тайги Западной Сибири и ее применение для оценки эмиссии метана
- •1 Институт почвоведения и агрохимии СО РА, Новосибирск, Российская Федерация
- •argenta@issa.nsc.ru
- •2 Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, Кызыл, Российская Федерация
- •sambuu@mail.ru
- •МНОГОПОДХОДНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИМБИОТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛИ СИМБИОТИЧЕСКОЙ АЗОТФИКСАЦИИ
- •АНАЛИЗ БИОФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ЧИСЛЕННОСТИ ЛЕММИНГОВ С ПОМОЩЬЮ НАБОРА ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ МОДЕЛЕЙ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ДЕТАЛИЗАЦИИ
- •Попытка использования ансамбля простейших математических моделей в одной задаче микробиологической кинетики
- •МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЧИСЛЕННОСТИ ЗАНЯТОГО НАСЕЛЕНИЯ: АГЕНТ-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД
- •АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ЛЕСОВ СРЕДСТВАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
- •ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ КОНКУРЕНЦИИ В СМЕШАННЫХ ДРЕВОСТОЯХ С ПОМОЩЬЮ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ С АДАПТИВНЫМ АЛГОРИТМОМ
- •ИЗМЕНЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ПОД ПЛАНТАЦИЯМИ С БЫСТОРОРАСТУЩИМИ ФОРМАМИ БЕРЕЗЫ
- •МАТРИЧНАЯ МОДЕЛЬ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ ЧИСЛЕННОСТИ ДОЖДЕВОГО ЧЕРВЯ Aporrectodea caliginosa
Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ ОСАДКА В ПОЧВЕННОМ ПРОФИЛЕ
Остроумов В. Е.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино, Россия v.ostroumov@rambler.ru
Аннотация: В докладе описывается модель накопления континентальных осадков, которая позволяет учитывать трансформацию осадочного вещества в период его нахождения в верхних горизонтах толщи под действием факторов почвообразования. Модель позволяет по показателям динамики скорости осадконакопления и интенсивности почвообразовательной трансформации рассчитывать время жизни осадка в заданном диапазоне глубины, степень его трансформации и распределение показателей свойств вещества в осадочной толще.
1. Введение
Толщи континентальных осадков, содержащих погребенные почвы, широко распространены и содержат информацию об этапах развития природной среды и климата. Заключенные в них почвенные профили формировались на этапах замедленного осадконакопления, а также при благоприятных биоклиматических условиях, когда скорости трансформации осадочного материала были достаточно велики. В этих случаях время экспонирования осадка в зоне действия факторов почвообразования оказывалось достаточным для значимой трансформации вещества и для формирования почвенных горизонтов. При высокой скорости осадконакопления и при малой интенсивности трансформации осадка вблизи поверхности почвенные профили не успевали формироваться, и изменений осадочного вещества не происходило. Соотношения скорости осадконакопления и интенсивности почвообразовательной трансформации осадка широко используются для индикации перерывов в осадконакоплении и при решении других палеогеографических задач на качественном уровне. До настоящего времени остаются неразработанными модели для количественной интерпретации распределения показателей свойств материала в осадочных толщах с погребенными почвами.
2.Структура модели
Вдокладе представлена модель, которая описывает осадконакопление и трансформацию осадочного вещества при почвообразовании. Модель основана на учете непостоянных во времени скорости поступления на поверхность осадочного материала и интенсивности его трансформации в заданном диапазоне глубины в почвенном профиле. Модель включает следующие блоки: 1) модуль вычисления динамики уровня поверхности за счет поступления осадочного вещества, 2) модуль вычисления возраста осадочного материала вдоль координаты глубины осадочной толщи, 3) модуль расчета времени жизни
осадочного материала в пределах заданного диапазона глубин в почвенном профиле, 4) модуль определения степени трансформации осадка на протяжении времени его жизни под влиянием факторов почвообразования на заданной глубине, 5) модуль вычисления распределения степени трансформации материала в осадочной толще.
В качестве входных данных модель использует: 1) описание динамики скорости осадконакопления и интенсивности трансформации осадочного вещества, 2) показатели свойств осадка и материала почвенных горизонтов, а также 3) данные о характерных
временах изменения этих свойств. |
Массивы данных |
на выходе модели включают: |
||
1) |
динамику уровня поверхности, |
2) время жизни осадка в заданном диапазоне глубин |
и |
|
3) |
картину распределения степени почвообразовательной |
трансформации материала |
по |
глубине осадочной толщи.
134
Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия
3. Примеры использования
Рассмотрены два примера использования модели для интерпретации распределения показателей свойств погребенных почв и осадочного материала в континентальных осадочных толщах.
Первый пример – распределение магнитной восприимчивости в разрезе многолетнемерзлых осадков ледового комплекса (Колымская низменность, северо-восток Якутии). На фоне восстановительной среды осадка ледового комплекса перепады окислительно-восстановительного потенциала в активном слое приводят к формированию маггемита. В результате в аккумулятивных горизонтах возникают зоны повышенной магнитной восприимчивости. В 22-метровом разрезе осадка ледового комплекса, содержащем несколько погребенных почвенных профилей с разной контрастностью, выполнено около 1600 замеров магнитной восприимчивости.
Во втором примере рассмотрено распределение отражательной способности материала в эоловом осадке (юг Западно-Сибирской низменности). Отражательная способность здесь обратно пропорциональна содержанию органического вещества и снижается в гумусовых аккумулятивных горизонтах (460 измерений в толще мощностью 14 м с двумя погребенными и одной современной почвами). В обоих случаях путем подбора показателей динамики осадконакопления и интенсивности трансформации материала в почвенном профиле достигнуто удовлетворительное сходство вычисленных распределений степени трансформации материала с реальным распределением показателей свойств.
Модель может использоваться для количественной интерпретации данных о распределении свойств материала в толщах континентальных осадков, содержащих погребенные почвы, при решении палеоклиматических, почвенно-хронологических и палеотектонических задач. Она может быть полезна в качестве основы при разработке моделей переноса подвижных фаз в почвах и грунтовых толщах с учетом осадконакопления.
135
Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ И СПЕКТРОЗОНАЛЬНОЙ СЪЕМКИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Охрименко М.А.1, Алейников А.А.2, Грабарник П.Я.3, Иванова Н.В.1, Шанин В.Н.3, Шашков М.П.3
1Институт математических проблем биологии РАН, Пущино, Россия
maxim.okhrimenko@gmail.com
2Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, Москва, Россия
aaacastor@gmail.com
3Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино, Россия
shaninvn@gmail.com
Аннотация: Обсуждаются данные дистанционного зондирования Матрешинского и Никулкинского участковых лесничеств Пестовского центрального лесничества Новгородской области, полученные с применением технологий лазерной локации, цифровой аэрофотосъемки и спутникового позиционирования. Показаны возможные подходы к их использованию для целей лесной таксации и мониторинга, для анализа пространственной структуры лесных сообществ, верификации моделей роста древостоя.
Использование воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и цифровой спектрозональной аэрофотосъемки получило широкое распространение в целях получения количественных и качественных характеристик лесных массивов (Maltamo et al., 2014). По нашим сведениям, в России исследования на данную тему проводит всего лишь один коллектив (Данилин и др., 2013). Несомненно, основным препятствием служит высокая стоимость, как оборудования, так и проведения аэросъемочных работ. В подобных условиях редкие доступные материалы предоставляют уникальную возможность апробации и развития уже существующих за рубежом методов в российских лесах. Особенностями технологии ВЛС по сравнению с обычной аэрофотосъмкой являются то, что, во-первых, это активное средство дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), т.е. сенсор излучает зондирующий луч, отражения от которого затем регистрирует приемник сенсора. Во-вторых, зондирующий импульс проникает сквозь полог растительности, в третьих, сенсор регистрирует множественные отклики, что в целом обеспечивает достаточно подробную информацию о всех ярусах растительного сообщества. Лазерная локация подробно описана Е.М. Медведевым с соавторами (Медведев и др., 2007).
В наше распоряжение с целью проведения исследовательских работ были переданы данные аэросъемки Пестовского центрального лесничества Новогородской области. Центр участка съемки находится приблизительно в точке с географическими координатами 58o35` с.ш., 35o59` в.д., площадь участка составляет 610 км2. Этот лесной массив относится к южнотаежным лесам, древостои которых сформированы сосной, елью, березой и осиной. Фрагментарно встречаются участки с доминированием липы, клена остролистного, ольхи серой и черной. Преобладают молодые и средневозрастные древостои II-III классов бонитета, сформированные в результате интенсивного лесного хозяйства. В настоящее время, эта территория также вовлечена в активную хозяйственную деятельность.
Набор данных был получен тремя сенсорами в июне-июле 2014 года. ВЛС проводилось системой ALTM Gemini, Optech Inc с частотой импульсов 125кГц воздушным судном Ан 2, одновременно велась съемка среднеформатной камерой DiMAC. Средняя плотность точек лазерных отражений (ТЛО) составила 10 точек на м2 с размером «пятна» на земле 14 см, геометрическое разрешение снимков True Color камеры Dimac - 6 см. Расчетная точность ТЛО, связанная с дальномером, в плане и по высоте составила 10 см. Траектории воздушных судов были вычислены с использованием метода Precise Point Positioning (PPP), что привело к внутренней сходимости траекторного решения с погрешностью в 15 см.
136
Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия
Снимки RGB&NIR были получены широкоформатной камерой Vexcel UlraCam Lp в отдельном полете на самолете Л410, с регистрацией траектории GPS, но без использования инерциальной системы, с разрешением 27 см на пиксель. В дальнейшем, по снимкам с использованием триангуляции были построены ортофотопланы масштаба 1:10 000.
Рисунок - ТЛО, расцвеченные по интенсивности в градациях серого, вид сверху и в разрезе на 10ый выдел 144 квартала (7Е3Б) Матрешинского участкового лесничества
Важным аспектом работы с данными, полученными с помощью дистанционного зондирования, является их дешифрирование и проверка на соответствие результатам натурных обследований на временных пробных площадях (ПП), заложенных с помощью технологии Field-Map. Использование этой технологии позволит закартировать все деревья с определением основных морфометрических характеристик стволов и горизонтальных проекций крон. Результаты измерений в дальнейшем можно будет сравнить с расчетными значениями, полученными при анализе материалов лазерной локации как на уровне отдельных деревьев (средняя ширина и высота кроны), так и на уровне древостоя (высота полога, количество ярусов, сомкнутость крон.
После дешифрирования данные дистанционного зондирования могут быть использованы для валидации индивидуально-ориентированных моделей уровня древостоя. Процедура валидации заключается в генерировании при помощи модели большого количества виртуальных древостоев и сравнении их основных характеристик (полнота, средняя высота, сомкнутость крон и пр.) с данными лазерной локации.
Другим возможным применением данных ВЛС для анализа состояния и прогноза развития экосистем является задача выделения участков, не занятых древесной растительностью - разрывов в пологе леса, образовавшихся в результате слома или вывала деревьев. Анализ особенностей структуры таких “окон” позволяет сформулировать и проверить гипотезы о процессах возобновления древостоя на разных стадиях развития экосистем. Помимо уже перечисленных возможностей использования данных ВЛС можно отметить задачи оценки запаса древесины и фитомассы. Определение этих двух параметров откроет новые возможности как для оценки запаса углерода в лесных экосистемах, так и для таксации больших лесных массивов.
Авторы выражают благодарность компании “Авиация и Прикладная Экология” и лично Г.Ю. Смаглюку за предоставленные данные.
Литература
Matti Maltamo, Erik Næsset, Jari Vauhkonen Forestry Applications of Airborne Laser Scanning: Concepts and CaseStudies. Springer, 2014. - 463с.
Данилин А.И., Данилин И.М,. Свищев Д.Д. Совершенствование алгоритмов дешифрирования таксационных показателей лесных насаждений на основе данных лазерной и цифровой аэрои космической съемки // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2013 Т. 3., № 4.
Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р. Лазерная локация земли и леса: учеб. пособ., 2-е изд., перераб. и доп. М.: Геокосмос; Красноярск: Институт леса СО РАН. 2007. - 229с.
137