Chernenkova T.V., Puzachenko M.Yu., Morozova O.V., Ogureeva G.N. & Kuperman R.G. An approach for mapping Northern Fennoscandian forests at different scales

Research paper

Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation Preprint
Article first published online: 19 MAY 2015 | DOI: 10.17581/bp.2015.04106

An approach for mapping Northern Fennoscandian forests at different scales

Tatiana V. Chernenkova ¹, Mikhail Yu. Puzachenko ², Olga V. Morozova ², Galina N. Ogureeva ³, Roman G. Kuperman ⁴

¹ Centre for Forest Ecology and Production, RAS, Moscow, Russia
² Institute of Geography, RAS, Moscow, Russia
³ M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
⁴ Edgewood Chemical Biological Center, Aberdeen Proving Ground, MD, USA

Assessment of the diversity of forests throughout their distribution range poses a major challenge for researches because it involves a significant effort of collecting and analyzing heterogeneous information. Our approach to mapping and analyzing the present-day spatial diversity of forests in European Russia was based on a multi-parametric analysis of the chart community characteristics obtained by ground surveys, remote sensing data, and morphometric parameters of the relief. The main steps of methodology were: a) ground-based in a test region selected to represent the main zonal divisions of forest cover, b) development of uniform forest classification, c) mapping at local (large) scale, d) mapping at regional (small) scales. Forest classification was based on the relative availability of ecological and morphological groups of plant species in syntaxa and included seven hierarchical units. Two types of forest cover maps for Northern Fennoscandia are presented as examples at regional and local scales.

Черненькова Т.В., Пузаченко М.Ю., Морозова О.В., Огуреева Г.Н., Куперман Р.Г. Подход к картографированию лесов северной Фенноскандии в разных масштабах. Оценка разнообразия лесов на протяжении их ареала представляет собой большую проблему, которая требует приложения значительных усилий по сбору и анализу разнородного материала. Представлен подход для картографирования и оценки современного пространственного разнообразия лесов европейской части России в различных масштабах. Он основан на многопараметрическом анализе характеристик растительных сообществ, полученных при наземных обследованиях, данных дистанционного зондирования (ДДЗ) и морфометрических параметрах рельефа. Основными этапами нашей методологии являются: а) наземные исследования в тестовой области в соответствии с основными зональными подразделениями лесного покрова, б) разработка единой классификации лесов, в) картографирование на локальном уровне в крупном масштабе, г) картографирование на региональном уровне в мелком масштабе. Лесная классификация основана на учете экологических и морфологических групп видов растений в синтаксонах и включает семь иерархических единиц: тип растительности, подтип растительности, класс формаций, формация, класс ассоциаций, группа ассоциаций и ассоциация. В качестве примера представлены два типа карт лесного покрова для локального и регионального уровня северной части Фенноскандии.

Keywords: dominant classification, boreal forest, cartographic modeling, statistical methods, GIS, hierarchical legend, доминантная классификация, бореальные леса, картографическое моделирование, статистические методы, ГИС, дистанционная информация

PDF

References

Bartalev S.A., Belward A.S., Ershov D.V. & Isaev A.S. 2003. A new SPOT-4 VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia. International Journal of Remote sensing 24(9):1977–1982. CrossRef

Bartalev S.A., Egorov V.A., Ershov D.V., Isaev A.S., Lupian E.F., Plotnikov D.E. & Uvarov I.A. 2011. Satellite mapping of vegetation cover over Russia using data from spectroradiometer MODIS. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa 8(4):285–302 (in Russian). [Барталев С.А., Егоров В.А., Ершов Д.В., Исаев А.С., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Уваров И.А. 2011. Спутниковое картографирование растительного покрова России по данным спектрорадиометра MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т. 8, № 4. С. 285–302].

Belov A.V., Gribova S.A. & Kotova T.V. (eds.) 1990. Map "Vegetation of the USSR" (scale 1:4 000 000). Explanatory text and map legend. GUGK USSR, Moscow (in Russian). [Карта «Растительность СССР». 1990. Масштаб 1:4 000 000 / Отв. ред. А.В. Белов, С.А. Грибова, Т.В. Котова. Пояснительный текст и легенда карты. М.: ГУГК СССР].

Blasi C., Carranza M.L., Frondoni R. & Rosati L. 2000. Ecosystem classification and mapping: a proposal for Italian landscapes. Applied Vegetation Science 3: 233–242. CrossRef

Blasi C., Capotorti G., Frondoni R., Guida D., Mollo B., Smiraglia D. & Zavattero L. 2011. Vegetation science and the ecoregional approach: a proposal for the ecological land classification of Italy. Fitosociologia 48(2): 75–82.

Bohn U., Gollub G., Hettwer C., Weber H., Neuhäuslová Z., Raus T. & Weber H. 2004. Karte der natürlichen Vegetation Europas. Mapofthenaturalvegetationof Europe (scale 1 : 2 500 000). Federal Agency for Nature Conservation. Bonn.

Cajander A.K. 1926. The theory of forest types. Acta Forestalia Fennica 29(3):1−108.

Cherepanov S.К. 1995. Vascular plants of Russia and neighboring countries (in boundaries of former USSR). S.-Pb, 992 p. [Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). С.-Пб.: Мир и семья, 992 с.].

Chernenkova T.V. & Kuperman R.G. 1999. Changes in the spruce forest communities along a heavy metal deposition gradient on Kola peninsula. Water, Air and Soil Pollution 111:187–200. CrossRef

Chernenkova T.V. & Koslov D.N. 2009. Dynamic of Moscow region forest using satellite data. Zemlya iz kosmosa 1:22–26 (in Russian). [Черненькова Т.В., Козлов Д.Н. 2009. Динамика лесов Подмосковья по материалам космической съемки // Земля из космоса. № 1. С. 22–26].

Chernenkova T.V., Kabirov R.R. & Basova E.V. 2011. Regeneration successions of northern taiga spruce forests under reduction of aerotechnogenic impact. Contemporary Problems of Ecology 4(7):742–757. CrossRef

Chernenkova T.V., Puzachenko M.Yu., Morozova O.V., Ogureeva G.N., Koroleva N.E. & Kadetov N.G. 2012. Approaches to the evaluation of spatial variability of Eastern european boreal forest using field and remote sensing data. Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN 14 (1/6): 1652–1655 (in Russian with English abstract). [Черненькова Т.В., Пузаченко М.Ю., Морозова О.В., Огуреева Г.Н., Королева Н.Е., Кадетов Н.Г. 2012. Подходы к оценке пространственной вариабельности восточноевропейских бореальных лесов на основе наземных и дистанционных данных // Известия Самарского научного центра РАН. Т. 14, № 1(6). С. 1652–1655.]

ENVI – program complex Environment for visualizing images, available at: http://www.exelisvis.com/ProductsServices/ENVIProducts.aspx.

Gribova S.A & Neuhäusl R. (eds.) 1989. Map of Reconstructed vegetation of Central and Eastern Europe (scale 1 : 2 500 000). UNESCO (in Russian). [Карта восстановленной растительности Центральной и Восточной Европы (масштаб 1:2 500 000) / под ред. С.А. Грибовой и Р. Нейхейсла. ЮНЕСКО, 1989].

Ignatov M.S., Afonina O.M. & Ignatova E.A. 2006. Checklist of mosses of East Europe and North Asia. Arctoa: 15:1–130. CrossRef

Kim J.O., Mueller C.W., Klekka W.R., Aldenderfer M.S. & Blashfield R.K. 1989. Factorial, discriminant and cluster analysis. Translated to Russian. Finansy and Statistika, Мoscow, 215 pp. [Ким Дж.O., Мюллер Ч.У., Клекка У.Р., Олдендерфер М.С., Блэшфильд Р.К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ: Пер. с англ. / под ред. И.С. Енюкова. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.].

Konstantinova N.A. & Bakalin V.A. 2009. Checklist of liverworts (Marchantiophyta) of Russia. Arctoa 18:1–64. CrossRef

Kozlov D.N., Puzachenko M.Yu., Fedyaeva M.N. & Puzachenko Yu.G. 2008. To display spatial variation of properties of landscape cover based on distance information and digital elevation models. Izvestiya RAN, Seriya geographicheskaya 4: 112–124 (in Russian with English summary). [Козлов Д.Н., Пузаченко М.Ю., Федяева М.Н., Пузаченко Ю.Г. 2008. Отображение пространственного варьирования свойств ландшафтного покрова на основе дистанционной информации и цифровой модели рельефа // Известия РАН, серия географическая. № 4. С. 112–124].

Lavrenko E.M. 1968. The regular tasks of the geography study of vegetation cover due to the zoning of the USSR. The main problems of modern geobotany. Leningrad: 45-69 (in Russian). [Лавренко Е.М. 1968. Об очередных задачах изучения географии растительного покрова в связи с ботаническим районированием СССР // Основные проблемы современной геоботаники. Л. С. 45-69.]

Lavrenko E.M. (ed.) 1976. Map of the vegetation of European part of the former USSR and the Transcaucasia (scale 1:2 500 000). Leningrad (in Russian). [Карта растительности европейской части СССР и Закавказья. 1976. Масштаб 1:2 500 000 / под ред. Е.М. Лавренко. Ленинград].

McRober, R.E. 2006. A model-based approach to estimating forest area. Remote Sensing of Environment 103:56−66. CrossRef

NASA LP DAAC – NASA Land Processes Distributed Active Archive Center, available at: http://lpdaac.usgs.gov/products/modis_products_table/mcd43b4.

Puzachenko M.Yu & Chernenkova T.V. 2012. Assessment of the vegetation cover conditions for the central part of the Murmansk region based on field and remote sensing data. Geography, Environment, Sustainability 5(3):4–13.

Puzachenko M.Yu., Chernenkova T.V. & Basova E.V. 2012. Analysis of natural and anthropogenic differentiation of the vegetation cover for the central part of the Murmansk region. In: Biodiversity and dynamic of forest ecosystems of Russia, vol. 1 (A.S. Isaev, ed.), pp. 371–382, KMK Scientific Press, Moscow (in Russian). [Пузаченко М.Ю., Черненькова Т.В., Басова Е.В. 2012. Анализ природно-антропогенной неоднородности растительного покрова центральной части Мурманской области // Разнообразие и динамика лесных экосистем России. Т. 1 / под ред. А. С. Исаева. Москва: Товарищество научных изданий КМК. С. 371–382].

Puzachenko Yu.G., Onufrenya I.A., Aleshchenko G.M. 2002. Analysis of the hierarchical organization of relief. Izvestiya RAN, seriya geograficheskaya 4:29–38 (in Russian with English summury). [Пузаченко Ю.Г., Онуфреня И.А., Алещенко Г.М. 2002. Анализ иерархической организации рельефа // Известия РАН, серия географическая. № 4. С. 29–38].

Puzachenko Yu.G. 2004. Mathematical methods in ecological and geographical studies. ACADEMA, Moscow, 416 pp. (in Russian). [Пузаченко Ю.Г. 2004. Математические методы в экологических и географических исследованиях. Москва: ACADEMA. 416 с.].

Puzachenko Yu.G., I.P. Kotlov & R.B. Sandlerskij 2014. Analysis of the landscape cover changes according to the distance multi-spectral information in the Central Forest Reserve. Izvestiya RAN, seriya geograficheskaya 3: 5–18 (in Russian with English summury). [Пузаченко Ю.Г., Котлов И.П., Сандлерский Р.Б. 2014. Анализ изменений ландшафтного покрова по данным мультиспектральной дистанционной информации в Центрально-лесном Заповеднике // Известия РАН, серия географическая. № 3. С. 5–18].

Rodwell J., Schaminée J., Mucina L., Pignatti S., Dring J. & Moss D. 2002. The diversity of European vegetation. An overview of phytosociological alliances and their relationships to EUNIS habitat. Landbouw, Naturbeheer en visserij / European Environment Agency., Wageningen.

Roelofsen H.D., Kooistra L., van Bodegom P.M., Verrelst J., Krol J. & Witte J.-P.M. 2014. Mapping a priori defined plant associations using remotely sensed vegetation characteristics. Remote Sensing of Environment 140:639−651. CrossRef

Rysin L.P. & Savelyeva L.I. 2007. Inventories of forest types and types of forest biocoenoses. KMK Scientific Press, Moscow. 144 pp. (in Russian). [Рысин Л.П., Савельева Л.И. 2007. Кадастры типов леса и типов лесных биогеоценозов. М.: Товарищество научных изданий КМК. 144 с.].

Santesson, R., R. Moberg, A. Nordin, T. Tonsberg & O. Vitikainen 2004. Lichen-forming and lichenicolous fungi of Fennoscandia. Uppsala, 359 pp.

Tomppo E., Olsson H., Ståhl G., Nilsson M., Hagner O. & Katila M. 2008. Combining national forest inventory field plots and remote sensing data for forest databases. Remote Sensing of Environment 112:1982−1999. CrossRef

Walker D.A. 1999. An integrated vegetation mapping approach for northern Alaska (scale 1:4 000 000). International Journal of Remote sensing 20(15):2895–2920. CrossRef

Zaugolnova L.B. & Morozova O.V. 2006. Typology and classification of European Russia's forests: method approaches and possibility of realization. Lesovedenie 1:1–15 (in Russian with English summary). [Заугольнова Л.Б., Морозова О.В. 2006. Типология и классификация лесов Европейской России: методические подходы и возможности их реализации // Лесоведение. № 1. С. 1–15]