КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 25-17-20042

НазваниеРазработка системы комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития ХМАО-Югры: БПЛА, ГИС, нейронные сети и наземная верификация

Руководитель Ильясов Данил Викторович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Югорский государственный университет" , Ханты-Мансийский АО - Югра

Конкурс №101 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые слова запас углерода, поток CO₂, поток CH₄, дистанционная лесотаксация, машинное обучение, лидарная съемка, мультиспектральная съемка, градиентный метод, высокодетальная картография, антропогенное воздействие, болота, леса

Код ГРНТИ87.01.81

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Ожидаемые результаты
В результате выполнения работы будет создана система комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития ХМАО-Югры. Она будет объединять несколько блоков: 1) фактические данные о запасах и потоках углерода, полученные прямыми и дистанционными методами для естественных и антропогенно-измененных экосистем в виде ГИС 2) регионально-специфичные факторы эмиссии и удельные запасы углерода для основных естественных и антропогенно-измененных экосистем, полученные при помощи интерпретации фактических данных на основе методов машинного обучения и/или параметризации математических моделей 3) методически единую основу (включая методические рекомендации) и систему сбора и анализа данных о компонентах углеродного баланса для типичных естественных и антропогенно-измененных экосистем, необходимую для достижения целей низкоуглеродного развития ХМАО-Югры, в том числе в контексте осуществления природных климатических проектов. Фактические ожидаемые результаты: 1. Величины регионально-специфичных факторов эмиссии ПГ, полученные для основных типов естественных и антропогенно-изменённых (в результате строительства дорог, просек сейсморазведки, линий электропередач, временных и постоянных подъездных путей) лесных и болотных экосистем; 3. Методическая основа для сбора, анализа и интерпретации ДДЗ и полевых наблюдений, необходимых для уточнения регионально-специфичных факторов эмиссии для естественных и антропогенно-измененных экосистем, необходимых для достижения целей низкоуглеродного развития ХМАО-Югры, в том числе в контексте осуществления природных климатических проектов; 4. Нейронная сеть и/или математическая модель, позволяющая обобщать и интерпретировать полученные полевые и дистанционные данные для расчета регионально-специфичных факторов эмиссии для естественных и антропогенно-изменённых экосистем; 5. ГИС-база данных потоков CO₂ и CH₄, полученных при помощи градиентного метода на основе БПЛА-съемки с учетом пространственно-временной изменчивости подстилающей поверхности и наземной верификации (камерным методом) для характерных естественных и антропогенно-измененных экосистем; 6. ГИС-база данных запасов углерода в растительном покрове характерных лесных и болотных экосистем на основе лидарной и мультиспектральной БПЛА-съемки и их наземная верификация при помощи ботанических и лесотаксационных методов; 7. ГИС-база данных экологических факторов, определяющих потоки CO₂ и CH₄, для характерных естественных и антропогенно-измененных экосистем (уровень почвенно-грунтовых вод, температура воздуха и подстилающей поверхности, запасы фитомассы растительного покрова, влажность почвы, микрорельеф местности, направление стока и др.), полученных при прямой и дистанционной оценке. Научная значимость. Реализация задач, поставленных в рамках данного проекта, позволит: - впервые для территории ХМАО-Югры произвести оценку запасов углерода в фитомассе лесных и болотных экосистем с учётом их мелкомасштабной изменчивости, локальных градиентов экологических факторов и свойств растительного покрова в типичных естественных и антропогенно-измененных экосистемах - получить результаты измерений потоков диоксида углерода и метана при помощи градиентного метода с использованием БПЛА над удаленными и труднодоступными территориями естественных и антропогенно-измененных экосистем, которые ранее не были исследованы в силу логистических сложностей, либо отсутствия необходимой инфраструктуры - на основе сформированных баз данных обучить нейронную сеть и/или идентифицировать параметры математической модели для формирования прогнозных сценариев изменения компонентов углеродного баланса экосистем при оказываемой на них антропогенной (в том числе в рамках климатических изменений) нагрузке и специфики природно-климатических условий региона. Достоверная оценка запасов и потоков углерода в региональном и национальном масштабе невозможна без пространственно-временной интерполяции точечных данных при помощи методов дистанционного зондирования. Хотя широко используемые спутниковые ДДЗ вполне пригодны для такого масштаба рассмотрения, в силу высокой пространственно-временной изменчивости некоторых экосистем (в частности, болотных), получаемые результаты могут быть недостаточно точны в локальном масштабе. Возникающие ошибки распространяются как в сторону занижения, так и в сторону превышения реальных данных относительно равномерно и обычно не приводят к большим погрешностям при большом масштабе рассмотрения. Однако, в некоторых случаях, возможны и систематические погрешности, например: недооценка запасов фитомассы и площади листовой поверхности при помощи спектральных спутниковых индексов, недоучет «горячих точек» эмиссии парниковых газов (таких как пойменные сипы), сложность в оценке влияния линейных объектов инфраструктуры на окружающие экосистемы в силу малой физической протяженности самих объектов и зоны оказываемого воздействия. Беспилотные летательные аппараты в последнее десятилетие стали связующим звеном между наземными и спутниковыми данными в процессе пространственной интерполяции результатов, а также самостоятельным источником информации о свойствах подстилающей поверхности, демонстрирующих новые закономерности пространственно-временной изменчивости углеродного баланса экосистем, что дополнительно подчеркивает научную новизну результатов проекта. Использование БПЛА позволит создать независимую от ограничений спутниковых ДДЗ ГИС-базу данных свойств подстилающей поверхности различных типов лесных и болотных экосистем, которая в дальнейшем может быть использована для пространственной интерполяции с использованием преимуществ спутниковых данных, в частности их большого пространственного охвата. Общественная значимость: Накопление данных о величинах запасов и потоках углерода естественных, и, в большей степени антропогенно-измененных экосистемах представляет высокую значимость на национальном уровне: это является необходимой основой для формирования обоснованных величин коэффициентов эмиссии ПГ, которые требуют уточнения с учетом региональной специфики свойств экосистем и видов землепользования. В дальнейшем они могут быть использованы для уточнения оценок углеродного баланса экосистем на национальном уровне. ХМАО-Югра является одним из ведущих нефтегазодобывающих регионов России, и развитие данного сектора экономики планируется продолжать в долгосрочной перспективе. Вместе с тем регион поставил амбициозные цели по достижению климатической нейтральности, что требует внедрения новых подходов к мониторингу и оценке состояния окружающей среды с учетом компонентов углеродного баланса естественных и антропогенно-измененных экосистем. Согласно Стратегии социально-экономического развития ХМАО-Югры, одним из трех ключевых приоритетов развития региона является обеспечение «здоровой» экологии, что подразумевает рациональное использование природного потенциала, формирование и восстановление благоприятных условий окружающей среды для нынешнего и будущего поколений. Предлагаемый проект направлен на решение актуальных задач по переходу от «карбоновой» экономики к «зеленым» технологиям, борьбе с неблагоприятными природными явлениями, а также накоплении компетенций по комплексной эколого-климатической экспертизе, чему могут поспособствовать методические результаты проекта. Особую значимость предлагаемый проект приобретает в контексте Концепции развития беспилотных транспортных систем в ХМАО-Югре, где одним из ключевых направлений применения БПЛА указано создание новых методов мониторинга экосистем (Распоряжение правительства Ханты-Мансийского автономного округа - Югры от 24.11.2023 № 765-рп).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---