авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Дистанционное зондирование деградированных почв

-- [ Страница 2 ] --

С целью определения длин волн радиометров, при использовании которых наиболее отчетливо фиксируются различия в градиентах влажности, нами проведены измерения на длинах волн 3,6 см, 5 см, 11 см и отдельные измерения на длине волны 15 см. Установлено, что оптимальные длины волн радиометров, предназначенных для исследования почвенной структуры, должны выбираться в диапазоне 3-5 см (коротковолновый канал) и 11-15 см (длинноволновый канал). За время проведения измерений наибольшее различие между NDT исследуемых участков было выявлено в середине дня, в течение 1-2-х суток после сильного увлажнения при интенсивном испарении.

Таблица 1

Средние значения NDT и стандартное отклонение в периоды максимального различия значений NDT для двух участков в 2003-2005 гг. (1=11см, 2=3,6см)

Период наблюдений Условия Участок с низким содержанием гумуса (0,6 %) Участок с высоким содержанием гумуса (6,6 %)
<NDT> <NDT>
9-10.05 2003 г. После таяния снега. Испарение интенсивное. -0,005 0,007 -0,030 0,008
13.06 2003 г. 12.06 несильный, продолжительный дождь. Испарение интенсивное. 0,010 0,019 -0,007 0,016
22-24.06 2003 г. 20.06 полив 18 мм, ночь с 20 на 21.06 осадки 4 мм. Испарение интенсивное. 0,009 0,014 -0,014 0,017
9-12.09 2003 г. 8.09 полив 18 мм. 8-9.09 испарение интенсивное, 10-12.09 испарение неинтенсивное. -0,025 0,019 -0,052 0,01
18.09 2003 г. С 14 на 15.09 осадки 4 мм. 15-16.09 испарение неинтенсивное, 17-18.09 испарение интенсивное. 0,021 0,005 -0,004 0,004
5.06 2004 г. 4.06 полив 21 мм. 5.06 испарение интенсивное. -0,016 0,006 -0,032 0,006
12.07 2004 г. 10-11.07 осадки 55 мм. 12.07 испарение интенсивное. -0,007 0,008 -0,025 0,005
23-24.07 2004 г. 22.07 полив 13 мм. 23-24.07 испарение интенсивное. -0,029 0,005 -0,036 0,009
27-28.07 2004 г. 26.07 полив 22 мм. 27-28.07 испарение интенсивное. -0,003 0,006 -0,022 0,011
2-3.10 2004 г. 29.09 осадки, 1.10 полив 6 мм. 2-3.10 испарение неинтенсивное. -0,156 0,035 -0,200 0,046
23-24.10 2005 г. 22.10 осадки, испарение неинтенсивное. -0,125 0,039 -0,164 0,038

Таким образом, имеются условия, при которых возможно обнаружение различий в структуре почв, обусловленных различным содержанием гумуса. Эти различия проявляются в степени разрушения почвенных неровностей после сильного увлажнения осадками, талыми водами, поливом; в содержании крупных пор в поверхностном слое; в значениях КДП при больших и средних влажностях. При испарении в почвах с существенными различиями в содержании гумуса могут возникнуть различные градиенты влажности. В условиях совместного действия вышеописанных фактов они могут привести к значительному отличию в радиояркостных температурах почв на длинах волн 11 и 3,6 см.

Раздел 3.2 посвящён описанию результатов и выводам по влиянию загрязнений нефтепродуктами на радиояркостные характеристики почвы.

Измерения влияния загрязнений нефтепродуктами на динамику радиояркостной температуры в процессе испарения почвенной влаги были проведены в период с 2004 по 2005 год. Изучалось влияние загрязнений нефтепродуктами (минеральное масло марки М-8В) на динамику радиояркостной температуры почвы с высоким содержанием гумуса (6,6%). Загрязнение осуществлялось путем распыления масла над воздушно-сухой почвой.

В 2004 г. было проведено 5 экспериментальных циклов «полив-испарение» при загрязнении участка эквивалентным слоем 2,7 мм, распределенным по поверхности. В результате впитывания масла загрязненным оказался слой почвы толщиной 3-4 см. При этом поверхностные почвенные агрегаты, загрязненные маслом, перестали впитывать воду и не распадались при поливе, поэтому структура шероховатости после полива изменялась слабо. При этом на поверхности чистой почвы значительная часть агрегатов разрушалась, и степень шероховатости снижалась.

На рисунке 3 приведены данные об изменении радиояркостной температуры участков почвы в процессе испарения после интенсивного орошения. Участки с высоким содержанием гумуса (6,6%) – чистый (1) и загрязненный моторным маслом, 7,5% по объему (2). Непосредственно перед орошением яркостные температуры участков имели близкие значения (около 290 К).

Сразу после полива участков слоем воды 20 мм радиояркостная температура чистой почвы на всех длинах волн снизилась до 140-150 мм. Радиояркостная температура загрязненного участка заметно снизилась на длине волны 11 см – до 175 К. На коротких длинах волн это снижение меньше. Указанное различие хорошо проявляется в значениях NDT (рис. 3,в).

Такая разница в излучательных характеристиках загрязненного и чистого участков обусловлена двумя обстоятельствами: во-первых, поверхность чистого участка стала более гладкой, во-вторых, она стала более влажной, так как поверхностный слой загрязненной почвы из-за сильных водоотталкивающих свойств увлажнился мало, а большая часть воды впиталась нижележащей незагрязненной почвой. Именно по причине такого неоднородного по глубине увлажнения загрязненной почвы ее радиояркостная температура отлична на разных длинах волн. Кроме того, загрязнение почв нефтепродуктами приводит к понижению КДП при средней и большой влажности [3] и повышению её радиояркостной температуры.

Таким образом, загрязненные нефтепродуктами рыхлые почвы отличаются от чистых почв большими по модулю отрицательными значениями NDT в период после значительного увлажнения. Различие в NDT для чистых и загрязненных почв наблюдалось во всех экспериментах, когда почва увлажнялась осадками не менее 10 мм. На длинах волн, используемых в эксперименте, период существования таких значений составляет не менее суток. Исследование того же загрязненного участка проведенное в 2005 году после схода снежного покрова показало, что вследствие образования на поверхности загрязненной почвы корки её водопроводимость резко уменьшилась. После полива вода задерживалась в поверхностных неровностях и значения радиояркостной температуры на всех длинах волн в течении длительного времени были существенно ниже чем у незагрязненной почвы. Таким образом, низкие значения радиояркостной температуры почв и их слабая временная динамика после выпадения осадков свидетельствует о наличии на поверхности почвы корки нефтяного загрязнения.

Раздел 3.3 посвящён описанию результатов исследований и выводам по влиянию зольных загрязнений на радиояркостные характеристики почвы.

В 2002–2005 гг. изучалось влияние зольных загрязнений (зола из фильтра ТЭЦ 5 г. Омска) на песчаную почву и почву с высоким содержанием гумуса. Зола, взятая из фильтра ТЭЦ, имеет гранулометрический состав, близкий к составу легкого суглинка. Её влияние на КДП различных типов почв в частотном диапазоне 0,1-16 ГГц исследовано в работе [3], где показано, что добавление золы в песчаную почву уменьшает КДП в диапазоне средних и больших значений влажности и практически не приводит к изменению КДП почвы с высоким содержанием гумуса.

Влияние загрязнений на КДП песчаной почвы хорошо проявляется на зависимости коэффициента излучения на длине волны 3,6 см =Тя/Т, где Т – термодинамическая температура измеренная на глубине 0,5 см, от объемной влажности в этом слое (рис. 4). Для ее построения использовались значения коэффициента , определенные для моментов времени, близких ко времени отбора проб на влажность.

Разброс экспериментальных точек объясняется тем, что на графике приведены данные, полученные в разных экспериментальных циклах, проводимых при отличающихся метеорологических условиях, когда изменение влажности с глубиной в пределах слоя 0-1 см было неодинаковым. При контактных же измерениях определялось только среднее значение влажности в этом слое.

Тем не менее, подтверждается вывод о том, что зольные загрязнения песчаных почв приводят к заметному увеличению в них связанной воды и повышению коэффициента излучения. На рис. 4 видно, что коэффициент излучения загрязненной почвы мало изменяется в диапазонах влажностей 0-0,05 см3/см3, что соответствует данным о максимальном количестве связанной влаги в такой почве [3]. Значения коэффициента излучения, приводимые на рис. 4, в области малых значений влажности несколько ниже соответствующих значений для однородно увлажненных почв. Это объясняется тем, что в наших экспериментах у поверхности песчаной почвы преобладали отрицательные градиенты влажности.

Кроме того, добавление золы в песчаную почву повышает её водоудерживающую способность, поэтому сразу после полива загрязненная почва имеет большую влажность верхнего слоя и меньшую радиояркостную температуру на длине 3,6 см, чем чистая (рис. 5). Загрязненная почва, обладая большей поглощательной способностью в оптическом диапазоне, сильнее нагревается в дневные часы, но при этом сохнет медленнее из-за более низкой пористости по сравнению с чистой. При этом из-за большего содержания связанной влаги её Тя выше чем у чистой почвы уже через сутки (рис. 5). Различия в водоудерживающей способности на длине волны 11 см проявляются слабее из-за большей глубины зондирования на этой длине волны.

Суглинистые почвы, загрязненные золой, незначительно отличались по значениям NDT только после достаточно сильного увлажнения. При слабых увлажнениях различия между чистой почвой и почвой, загрязненной золой, практически отсутствуют. При этом наблюдаются различия в радиояркостных температурах, но они примерно одинаковы на длинах волн 11 и 3,6 см.

Таким образом, полученные в процессе наших измерений результаты свидетельствуют о том, что влияние зольных загрязнений на динамику радиояркостных температур наиболее заметно для почв легкого гранулометрического состава. Почвы тяжелого минерального состава, загрязненные золой, в динамике радиояркостных температур отличаются от фоновых в значительно меньшей степени, и выявление таких участков радиометрическим методом является проблематичным. В связи с этим были проведены исследования возможности выявления зон загрязнения зольными выбросами в оптическом и ИК диапазонах.

Раздел 3.4 посвящён расчету радиояркостной температуры Тя исследуемых участков с использованием данных о КДП исследуемых почв [3] по модели многослойной среды:

,

где – френелевский коэффициент отражения многослойной среды на границе j-й и (j-1)-ой среды, – коэффициент отражения многослойной среды, лежащей ниже j-го слоя. , – волновое число и толщина j-1 слоя, Тя.- термодинамическая температура почвы. Полученные расчетные значения дают удовлетворительное согласие с экспериментальными данными для всех участков.

Четвертая глава «Определение загрязнения почв в ИК и оптическом диапазоне» посвящена выявлению зон загрязнения с помощью космических снимков ИК и оптического диапазона. Раздел 4.1 посвящен созданию базы данных обзорных снимков КА IKONOS и её использованию для детального определения тестовых участков, используемых в нашем исследовании. В разделе 4.2 дано описание выявления загрязненных территорий с помощью многоспектральных космических снимков.

Исследование открытых почв (без растительности) возможно лишь в сравнительно короткие весенний и осенний периоды. Поскольку в эти периоды часто существует достаточно плотная облачность, нами такие исследования не проводились.

С целью выявления влияния техногенного загрязнения нами исследована динамика яркостных характеристик лесных покровов, расположенных вблизи г. Омска, в видимом и ближнем ИК диапазонах. В нашем распоряжении были снимки низкого разрешения MODIS-TERRA и NOAA-AVHRR, поэтому лесные участки выбирались в зонах слабого загрязнения, где пространственная неоднородность степени загрязнения существенно меньше, чем в зонах, непосредственно прилегающих к источникам загрязнения.

Выбранные участки находятся в лесостепной зоне. Они отличаются площадью (от 10 до 50 км2) и удалённостью от центра источника загрязнения. Для анализа возможности обнаружения зольных и пылевых загрязнений было выделено 11 участков, расположенных как в зоне предполагаемого загрязнения, так и за ее пределами. Номера участков, их расположение показано на рисунке 6. В процессе работы осуществлено создание базы данных этих снимков по Омской области и их координатная привязка.

Известно, что значение вегетационного индекса NDVI = (NIR - RED)/(NIR + RED), где NIR и RED – яркость изображения в ближней инфракрасной и красной области спектра соответственно, коррелирует с количеством биомассы растительности.

На рисунке 7 приведена сезонная динамика усредненных значений <NDVI> лесного покрова чистых и загрязненных зон, в вегетационный период.

Было установлено, что в загрязненной зоне наблюдается более быстрый рост значений NDVI в начале вегетационного периода (с 3 мая по 12 июня).

На рисунке 8 приведены значения NDVI в этот период для двух участков, один из которых (№10) находится вне зоны загрязнения, а другой (№9) – внутри нее. Линии регрессии данных имеют существенно различающиеся наклоны.

В таблице 2. приведены средние значения коэффициентов наклона уравнений линейной регрессии данных NDVI, чистых и загрязненных участков и их стандартное отклонение . В загрязненной зоне индекс NDVI лесного покрова растет примерно в полтора раза быстрее, чем в незагрязненной зоне. При этом рост NDVI начинается практически одновременно.

Быстрый рост NDVI в загрязненной зоне объясняется, по нашему мнению, более ранним прогревом почвы из-за раннего схода снежного покрова. Начало же вегетации определяется температурой воздуха, которая на выбранных для исследования территориях отличалась незначительно.

Таблица 2

Коэффициенты наклона кривой индекса NDVI лиственных лесов

в весенний период

Прибор/год (период наблюдений) Загрязненная зона Незагрязненная зона
<k>, 1/сут, <k>, 1/сут
AVHRR/2003 (10.05-25.05) 0,0287 0,0012 0,0245 0,0021
MODIS/2004 (03.05-12.06) 0,0095 0,0006 0,0064 0,0007


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.