Bulletin of the RAS. GeographyBulletin of the RAS. GeographyИзвестия РАН. Серия географическая2587-55662658-6975The Russian Academy of Sciences1267410.31857/S2587-55662019251-68NATURAL PROCESSES AND DYNAMICS OF GEOSYSTEMSПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМResearch ArticleThermal field of the southern taiga landscape of the Russian plainТепловое поле южно-таежного ландшафта Русской равниныPuzachenkoYu. G.ПузаченкоЮ. Г.
Russian Federation
baybaranastasia@yandex.ruBaibarA. S.БайбарА. С.
Russian Federation
baybaranastasia@yandex.ruVarlaginA. V.ВарлагинА. В.
Russian Federation
baybaranastasia@yandex.ruSandlerskyR. B.КренкеА. Н.
Russian Federation
baybaranastasia@yandex.ruKrenkeA. N.СандлерскийР. Б.
Russian Federation
baybaranastasia@yandex.ruInstitute of Ecology and Evolution, Russian Academy of SciencesИнститут проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваInstitute of Ecology and Evolution, Russian Academy of SciencesИнститут географии РАНInstitute of Geography, Russian Academy of SciencesИнститут проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН13052019251681305201913052019Copyright ©; 2019, Russian academy of sciencesCopyright ©; 2019, Российская академия наук2019Russian academy of sciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2587-5566/article/view/12674

The technology of allocation of order parameters (invariants) of the spatial structure of the thermal field of the southern taiga landscape (Central Forest Nature Reserve) obtained on the basis of the analysis of the time series of measurements in the long-wave channel of Landsat satellites from 1986 to 2017 and reflecting its stationary state is considered. It is shown that the heat flux is measured by the satellite not directly from the forest crowns, but from the ground layer of the atmosphere, the state of which is determined by the parameters of the landscape. It is found that the invariant component of the spatiotemporal variation of the thermal field is displayed by two order parameters: the first mainly reflects the temperature of winter months, the second – of summer. The contribution of relief and vegetation to the determination of invariants and the autochthonous components of the thermal field determined by the transition zones between the landscape elements contrasting in thermal radiation are revealed. It is shown that the thermal field measured by the satellite reflects the heat flux from the ground layer of the atmosphere, which is in direct interaction with the landscape cover.

Рассмотрена технология выделения параметров порядка (инварианты) пространственной структуры теплового поля южно-таежного ландшафта (Центрально-Лесной заповедник), полученных на основе анализа временной серии измерений в длинноволновом канале спутников серии Landsat c 1986 по 2017 гг. и отражающих его стационарное состояние. Показано, что со спутника измеряется тепловой поток не непосредственно от крон леса, а от приземного слоя атмосферы, состояние которого определяется параметрами ландшафта. Установлено, что инвариантная составляющая пространственно-временного варьирования теплового поля отображается двумя параметрами порядка: первый преимущественно отражает температуру зимних месяцев, второй – летних. Выявлен вклад рельефа и растительности в определении инварианта и автохтонные составляющие теплового поля, определяемые переходными зонами между контрастными по тепловому излучению элементами ландшафта. Показано, что тепловое поле, измеряемое со спутника, отражает тепловой поток от приземного слоя атмосферы, находящийся в прямом взаимодействии с ландшафтным покровом.

thermal (temperature) fieldforestlandscapeorder parametersinvariantsynergeticsLandsatтепловое (температурное поля)лесландшафтпараметры порядкаинвариантсинергетикаLandsatRussian Science FoundationРоссийский научный фондRussian Geographical Society (RGO-a)Грант РГО-аThis work was supported by the Russian Science Foundation, grant no. 18-17-00129 (methodology) and the Russian Geographical Society (RGO-a), grant no. 17-05-41069 (calculations).Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 18-17-00129 (разработка методологии статьи) и гранта РГО-а 17-05-41069 (расчет инвариант).Bol'shaya sovetskaya entsiklopediya [The Great Soviet Encyclopedia]. Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya Publ., 1969–1978. 19774 p.Большая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1969–1978. C. 19774.Kabanov M. V. Some regularities of climatic and ecosystem changes in Siberia. Zh. Sib. Fed. Univ., Biol. 2008, vol. 1, no. 4, pp. 312–322.Кабанов М.В. Некоторые закономерности климатических и экосистемных изменений в Сибири // Журнал Сиб. Фед. ун-та. Биология. 2008. Т. 1. № 4. С. 312–322.Kazakov A. A. Remote geothermal sensing of Western Siberia bogs (the case of Tarmany marsh massif). Tyumen St. Univ. Herald, 2013, no. 4, pp. 161–167.Казаков А.А. Дистанционное геотермическое картографирование болот Западной Сибири (на примере Тарманского болотного массива) // Вестн. Тюменского ун-та. Науки о Земле. 2013. № 4. С. 161–167.Puzachenko Yu.G. Invariants of the dynamic geosystem. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2010, no. 5, pp. 6–16. (In Russ.).Пузаченко Ю.Г. Инварианты динамической геосистемы // Изв. РАН. Сер. геогр. № 5. 2010. С 6–16.Puzachenko Yu.G. Matematicheskie metody v ekologicheskikh i geograficheskikh issledovaniyakh [Mathematical Methods in Ecological and Geographical Research]. Moscow: ACADEMIA Publ., 2004. 416 p.Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: ACADEMIA. 2004. 416 c.Puzachenko Yu.G. Organization of landscape. In Voprosy geografii. Sb. 138: Gorizonty landshaftovedeniya [Problems of Geography. Vol. 137: Landscape Science Horizons]. Moscow: Kodeks Publ., 2014, pp. 35–65. (In Russ.).Пузаченко Ю.Г. Организация ландшафта // Вопр. географии. 2014. № 138. С. 35–65.Puzachenko Yu.G., Kozlov D.N. Geomorphological history of the region. Integrated research in the Central-Forest State Nature Biosphere Reserve: their past, present and future. In Tr. Tsentral'no-Lesnogo zapovednika [Proceedings of the Central Forest Reserve]. Tula, 2007, vol. 4, pp. 125–159. (In Russ.).Пузаченко Ю.Г., Козлов Д.Н. Геоморфологическая история развития региона. Комплексные исследования в Центрально-Лесном государственном природном биосферном заповеднике: их прошлое, настоящее и будущее // Матер. сов. Тр. Центрально-Лесного заповедника. Вып. 4. Тула: Гриф и К, 2007. С. 125–159.Sochava V.B. Uchenie o geosistemakh [The Doctrine of Geosystems]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1975. 39 p.Сочава В.Б. Учение о геосистема. Новосибирск: Наука, 1975. 39 с.Haken H. Principles of Brain Functioning: A Synergetic Approach to Brain Activity. Berlin, New York: Springer, 2001. 351 p.Хакен Г. Принципы работы головного мозга: Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности // М: Пер СЕ, 2001. 351 с.Haken H. Synergetics. An Introduction. Berlin: Springer, 1980. 450 p.Хакен Г. Синергетика. М: Изд. МИР, 1980. 405 с.Tsentral'no-Lesnoi gosudarstvennyi prirodnyi biosfernyi zapovednik. Populyarnyi ocherk [Central-Forest State Nature Biosphere Reserve. A Popular Essay]. Moscow: Delovoi Mir Publ., 2007. 80 p.Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник. Популярный очерк. М.: Изд. “Деловой мир”, 2007. 80 с.Chen F., Yang S., Yin K., Chan P. Challenges to quantitative applications of Landsat observations for the urban thermal environment. J. Environ. Sci.–China, 2017, no. 59, pp. 80–88.Chen F., Yang S., Yin K., Chan P. Challenges to quantitative applications of Landsat observations for the urban thermal environment // Environ Sci (China). 2017. № 59. Р. 80–88.Son N.T., Thanh B.X. Decadal assessment of urban sprawl and its effects on local temperature using Landsat data in Cantho city, Vietnam. Sustainable Cities and Society, 2018, no. 36, pp. 81–91.Nguyen-Thanh Son, Bui-Xuan Thanh Decadal assessment of urban sprawl and its effects on local temperature using Landsat data in Can Tho city, Vietnam // Sustainable Cities and Society. 2018. № 36. Р. 81–91.Fernandez-Manso A., Quintano C., Roberts D. Burn severity influence on post-fire vegetation cover resilience from Landsat MESMA fraction images time series in Mediterranean forest ecosystems. Remote Sens. Environ., 2016, no. 184, pp. 112–123.Fernandez-Manso A., Quintano C., Roberts D. Burn severity influence on post-fire vegetation cover resilience from Landsat MESMA fraction images time series in Mediterranean forest ecosystems // Remote Sens. Environ. 2016. № 184. Р. 112–123.Hais M., Kuсhera T. The influence of topography on the forest surface temperature retrieved from Landsat TM, ETM+ and ASTER thermal channels. ISPRS J.Photogramm., 2018, no. 64, pp. 585–591.Hais M., Kuсhera T. The influence of topography on the forest surface temperature retrieved from Landsat TM, ETM+ and ASTER thermal channels // Photogrammetry and Remote Sensing. 2018. № 64. Р. 585–591.Huang C.Y., Anderegg W.R.L. Vegetation, land surface brightness, and temperature dynamics after aspen forest die off. J. Geophys. Res. Biogeosci., 2014, vol. 119, no. 7, pp. 1297–1308.Huang C.Y., Anderegg W.R.L. Vegetation and surface brightness dynamics after aspen forest die-off // Geoph. Research. 2014. № 119. Р. 1297–1308.Jorgensen S.E., Svirezhev Y.M. Towards a Thermodynamic Theory for Ecological Systems. Elsevier, 2004. 380 p.Jorgensen S.E., Svirezhev Y.M. Towards a Thermodynamic Theory for Ecological Systems // Elsevier. 2004. 380 p.Kang J.M., Yun H.C., Park J.K. Analysis of temperatures distribution of forest type class using Landsat imagery. ASPRS Annual Conference, Milwaukee, 2011, pp. 8–16.Kang Yun Analysis of temperatures distribution of forest type class using Landsat imagery // ASPRS Annual Conference Milwaukee, Wisconsin. 2011. Р. 8–16.Puzachenko Y., Sandlersky R. , Sankovskii A. . Methods of Evaluating Thermodynamic Properties of Landscape Cover Using Multispectral Reflected Radiation Measurements by the Landsat Satellite. Entropy, 2013, no. 15(9), pp. 3970–3982.Puzachenko Yu., Sandlersky R., Sankovski A. Methods of Evaluating Thermodynamic Properties of Landscape Cover Using Multispectral Reflected Radiation Measurements by the Landsat Satellite // Entropy. 2013. № 15. Р. 3970–3982.Puzachenko Y.G., Sandlersky R.B., Svirejeva-Hopkins A. Estimation of thermodynamic parameters of the biosphere, based on remote sensing. Ecol. Modell., 2011, no. 222, pp. 2913–2923.Puzachenko Y.G., Sandlersky R.B., Svirejeva-Hopkins A. Estimation of thermodynamic parameters of the biosphere, based on remote sensing // Ecol. Modell. 2011. № 222. Р. 2913–2923.Ray T.W. A FAQ on Vegetation in Remote Sensing. California Institute of Technology, 1994. Available at: http://www.remote-sensing.info/wp-content/uploads/2012/07/A_FAQ_on_Vegetation_in_Remote_Sensing.pdf (accessed 13.01.2019).Ray T.W. A FAQ on Vegetation in Remote Sensing. URL. ftp://kepler.gps.caltech.edu/pub/terrill.rsvegfaq (accessed 13.01.2019).Vlassova L., Perez-Cabello F., Nieto H., Martín P., Riano D. Assessment of Methods for Land Surface Temperature Retrieval from Landsat-5 TM Images Applicable to Multiscale Tree-Grass Ecosystem Modeling. Remote Sens., 2014, no. 6, pp. 4345–4368.Vlassova L., Perez-Cabello F., Nieto H., Martín P., Riano D. Assessment of Methods for Land Surface Temperature Retrieval from Landsat-5 TM Images Applicable to Multiscale Tree-Grass Ecosystem Modeling // Remote Sens. 2014. № 6. Р. 4345–4368.Wood J. The Geomorphological Characterization of Digital Elevation Models. Leicester: University of Leicester, 1996. 466 p.Wood J. The Geomorphological Characterization of Digital Elevation Models. Leicester, UK: Department of Geography, 1996. 466 p.