Индекс сложности рельефа помогает учёным прогнозировать эрозию почвы и разнообразие растений в горах

от

Группа исследователей из Института прикладной экологии Китайской академии наук разработала новый метод количественной оценки трёхмерной сложности горного рельефа. Этот инструмент, называемый индексом сложности рельефа (ИСР), предлагает более точный способ понимания и прогнозирования ключевых экологических факторов, таких как эрозия почвы и биоразнообразие растений в труднодоступных ландшафтах.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Science of Remote Sensing, как ожидается, предоставят учёным новые возможности для изучения в различных областях — от экологии до метеорологии.

Что такое сложность рельефа?

Сложность рельефа — это термин, используемый для описания сложной, часто хаотичной физической структуры ландшафта. Исторически количественная оценка этой сложности была сложной задачей, поскольку особенности рельефа могут выглядеть по-разному в зависимости от масштаба, в котором они измеряются. Например, небольшой холм вблизи может выглядеть гладким, но он является частью более крупного и неровного горного хребта.

Новый метод ИСР

Новый метод ИСР решает эту проблему, объединяя пять различных характеристик рельефа в единый комплексный индекс. Эти характеристики включают:

* фрактальную размерность — меру того, как структура самоподобия поверхности изменяется в зависимости от масштаба;
* энтропию, описывающую беспорядок или случайность элементов рельефа;
* неровность — показатель шероховатости поверхности;
* коэффициент заполнения объёма, который количественно определяет, насколько хорошо заполнен объём рельефа;
* уклон — крутизну местности.

Под руководством академика Чжу Цзяоцзюня исследователи разработали ИСР с использованием цифровых моделей рельефа (ЦМР) — цифровых файлов, содержащих данные о высоте для определённой области. Анализируя эти данные, исследователи обнаружили, что на отдельные характеристики рельефа влияет размер единицы рельефа, который измеряется.

При увеличении размера единицы рельефа значения для этих характеристик росли и в конечном итоге стабилизировались. Было установлено, что минимальный размер единицы рельефа, необходимый для точной характеристики этих особенностей, напрямую связан с разрешением используемой ЦМР.

Например, для ЦМР с высоким разрешением в 0,5 метра требовался минимальный размер единицы рельефа 140 м на 140 м, в то время как для ЦМР с более низким разрешением в 120 метров требовалась гораздо большая единица размером 7,56 км на 7,56 км.

Используя ЦМР с разрешением в 30 метров, исследование продемонстрировало прогностическую силу ИСР. Отдельные характеристики рельефа могли объяснить от 7 % до 21 % вариаций годовой эрозии почвенной воды (ГЭПВ) и от 9 % до 24 % вариаций разнообразия сосудистых растений.

Однако при использовании нового ИСР его прогностическая способность оказалась выше, превосходя любую отдельную характеристику на 2–10 % как для эрозии почвы, так и для разнообразия растений.

Эти результаты демонстрируют, что ИСР — это мощный новый инструмент для прогнозирования того, как рельеф влияет на сложные экологические взаимодействия и пространственные закономерности. Исследование предоставляет учёным ценную новую метрику для лучшего количественного определения и понимания трёхмерных структур горных районов, прокладывая путь к более глубокому пониманию их экосистем.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте