Контроль за состоянием растительности

Почвенное картографирование по космическим изображениям. Состояние почвенного покрова характеризуется многими пара­метрами, которые связаны с типами почв, определить границы ко­торых возможно по данным спутниковых наблюдений.

Традиционной является классификация типов почв по их от­

ражательным характеристикам с целью оценки состояния расти-

тельных объектов. Растительность, закрывая земную поверхность, ме­шает непосредственному изучению почв по космическому изо­бражению и одновременно способствует выполнению этого процесса, будучи тесно связанной с почвами и являясь их индикатором. Отража­тельная способность почв зависит от содержания в них гумуса (пере­гнойных веществ), соединений железа и других химических соедине­ний, а также от влажности, механического (дисперсного) и минерало­гического состава, горизонтальной и вертикальной неоднородности строения земной поверхности. Качественные различия проявляются в значениях спектрального и пространственного распределения ком­плексной диэлектрической проницаемости — основной характеристи­ки состояния почв. На интенсивность и спектральный состав отражен­ного излучения оказывают влияние гумусовые вещества (слабое и рав­номерное отражение по спектру), соединения железа (неравномерное отражение различных соединений по спектру), светлоокрашенные со­единения— карбонаты, соединения кремния и алюминия, лишенные примесей (сильное и равномерное отражение по спектру излучения).

Эрозию — процесс разрушения почвенного покрова под воз­действием поверхностных вод и ветра — обычно подразделяют на плоскостную (поверхностную) и линейную (овражного типа). Послед­няя хорошо дешифрируется на зимних снимках по характеру залегания снежного покрова: изображение имеет тонкий изрезанный рисунок, обусловленный неравномерным залеганием снега на вершинах и скло­нах оврагов (балок) и наличием древесно-кустарной растительности, покрывающей днища оврагов и имеющей на снимках темно-серый тон. На плоских равнинных безовражных территориях снег залегает ров­ным слоем и изображение характеризуется белым тоном и бесструк­турным рисунком.

Методика дешифрирования почв, подверженных плоскостной эрозии, основана на различии спектральных характеристик генети­ческих горизонтов почв. Так, в инфракрасной области излучения спек­тральные коэффициенты яркости генетических горизонтов дерново­подзолистых почв изменяются от 0,4 для гумусового горизонта до 0,7 для подзолистого горизонта. Засоление почвы достаточно хорошо про­слеживается на космических снимках. Летом на солончаках образуется селевая корка, а менее засоленная почва покрывается растительно­стью. Зимой и в переходные сезоны года засоленные почвы (соры) более увлажнены, а потому хорошо выделяются на окружающем фоне. На космических изображениях распознаются сухие солончаки, соле­вые коры, солончаки пухлые и гипсовые коры.

Состояние земельных угодий и ход сельскохозяйственных ра­бот. Спектральные коэффициенты отражения сельскохозяйственных культур формируются под влиянием многих факторов (тип и со­стояние почв; вид, структурные характеристики и состояние самих культур; условия съемки, атмосферные влияния). Каждый вид сель­скохозяйственных культур имеет свое собственное спектральное от­ражение или свой набор признаков, зависящих от морфологии расте­ний, вегетационного периода, геометрии покрова.

Оценка хода сельскохозяйственных работ производится путем сравнительного анализа космических изображений обследуемой тер­ритории.

Оценка состояния пустынно-пастбищной растительности.

Определение состояния пастбищ производится в основном фо­тометрическим способом, основанным на зависимости коэффициентов яркости растительного покрова от параметров его состояния (надзем­ной растительной массы, площади листовой поверхности, густоты стояния растений). Для расчета таких параметров используют коэффи­циенты яркости в отдельных участках спектра, а также отношение или разность спектральных характеристик. Непосредственное использова­ние фотометрического способа по данным наблюдений из космоса затруднено ввиду анизотропии отражательных свойств земных объек­тов, различной освещенности отдельных точек снимаемой территории и искажающего влияния атмосферы. Поэтому данный способ требует дополнительного обеспечения комплексом наземных и самолетных измерений в эталонных (тестовых) участках. Для космических систем, имеющих разрешение 1-3 км, элемент изображения соответствует на местности квадрату со стороной 30-50 км, что и определяет размеры эталонных участков. Максимальное удаление участков друг от друга выбирается так, чтобы разница в высоте Солнца на крайних тестовых участках не превышала 3°. Участки обычно намечаются в пределах полосы 100-500 км, вытянутой в широтном направлении. Их суммар­ная площадь составляет около 5 % обследуемой территории. Коэффи­циенты яркости этих участков должны охватывать весь диапазон, в котором может изменяться этот параметр по всей обследуемой терри­тории. Измерения коэффициента яркости производятся при высоте Солнца большей 40°, что позволяет пренебречь флуктуациями коэф­фициента в течение дня.

По данным измерений строятся графики зависимости оптиче­ской плотности изображения эталонных участков местности от их ко­эффициента яркости. Точность определения растительной массы паст­бища определяется коэффициентом яркости почвы под растениями, для учета которого используются почвенные карты с основными типа­ми почв исследуемого района. По этим картам в эталонных участках определяются спектральные коэффициенты яркости почв в рабочих участках спектра спутниковой аппаратуры. Урожайность пустынно­пастбищной растительности на каждом эталоне обследуемой террито­рии определяется по их коэффициентам яркости и градуировочным кривым, причем используется та градуировочная кривая, которая соот­ветствует коэффициенту яркости почвы в данном эталонном (тесто­вом) участке.

Изучение состояния лесной растительности. Для физико­географического изучения района, картирования лесов, оценки общей залесенности местности, лесосырьевых запасов, пространственного распределения основных лесообразующих пород, определения поло­жения крупных лесных массивов, состояния лесозащитных насажде­ний используется многозональная космическая информация. Характер кривой спектрального отражения зеленой массы (листьев) растений определяется взаимодействием их с падающей радиацией и зависит от пигментной системы листа, толщины, плотности и анатомической структуры листовой пластины. В видимом участке спектра электро­магнитного излучения поглощение обусловлено пигментами растений (хлорофилл, каратин), а в инфракрасной области — молекулами воды. В последнем случае низкое отражение (высокая излучаемость) листьев характеризует излучение как функцию действительной температуры поверхности растительности. Сильное отражение в ближней инфра­красной области спектра определяется различиями преломляющего индекса на внутренних поверхностях составных частей клетки, ее стенках и др. В этой области отражение увеличивается по мере старе­ния листа (увеличение воздушных камер внутри листа). Геометрия растений, являясь переменной величиной, также влияет на общее от­ражение, независимо от спектральной области. Доминирующее влия­ние оказывает высота растений, изменяющая процентное содержание почвенного покрова, находящегося в тени, и площади, освещенной солнцем.

Границы древесно-кустарниковой растительности довольно хо­рошо дешифрируются на космических снимках по тону (оптической плотности) изображения. Для решения других задач большие возмож­ности предоставляют различные методы классификации и распознава­ния. Описание классов может производиться по опорным данным с тестовых участков (темнохвойные, еловые леса; светлохвойные, со­сновые леса; лиственные древесные породы, залесенные болота).

8.3.1.