9 (Гидро-климатические условия на космических снимках), страница 3

Основное содержание тематических карт, в частности карт природы, представляет отображение того или иного элемента или явления (элементов или явлений) физико-географической среды — вод, растительного покрова, почв, ландшафтов и т. д. Некоторые карты могут содержать узкую специальную информацию: мутность вод, норма стока, корневые гнили леса и др. При тематической интерпретации аэрокосмических сним­ков широко используется ландшафтный метод дешифриро­вания.

Набор современных средств и методов изучения природной среды с использованием дистанционной информации очень широк. Он включает применение самолетных и космических съемок, привлечение картографических, справочно-географических, литературных и фондовых источников, проведение по­левых работ. Многие авторы отмечают большие преимущества космических материалов при создании серий взаимосвязанных тематических карт, т. е. при реализации комплексного изуче­ния и картографирования природных условий и ресурсов. Все это относится и к дистанционному исследованию вод.

Гидрологический анализ аэрокосмических снимков пред­полагает знание не только прямых (видимых) признаков де­шифрирования, но и учет существующих в природных комп­лексах взаимосвязей и взаимозависимостей, как на региональ­ном, так и на глобальном уровнях. Устанавливаемые в поле­вых условиях гидрологические дешифровочные признаки це­лесообразно систематизировать в виде аэрокосмофотоэталонов, которые в оптимальном варианте должны представлять собой наборы разномасштабных, разновременных и разнотип­ных снимков с отдешифрированными на них гидрологическими элементами и комплексами природной среды, характеризую­щими сущность и динамику происходящих гидрологических процессов. При этом необходимо устанавливать технические и природные параметры съемки, которым соответствует ландшафтно-гидрологическая интерпретация эталонного фотоизо­бражения. В данных условиях основные количественные и качественные характеристики вод, снятые с эталонов, можно экстраполировать в границах ландшафта определенного ран­га.

Распознавание открытых водных поверхностей, снега и льда на материалах аэрокосмической съемки производят в основном по прямым признакам дешифрирования. Снимки, полученные в видимой области электромагнитного спектра, весьма информативны для дешифрирования речной и озерной сети, заснеженности территории, ледовой обстановки, что объясняется значительной вариацией спектральных коэф­фициентов яркости указанных объектов — от 0,1 для чистых и глубоких водных масс в спокойном состоянии до 0,9 для све­жевыпавшего снега. Главными дешифровочными признаками поверхностных вод являются: ровный фототон и специфиче­ская монотонная или выразительная структура изображения воды, снега и льда; извилистость непрерывно линейно вытяну­того рисунка рек; овальная форма озер и приуроченность во­дотоков и водоемов к пониженным элементам рельефа.

По темному фототону и вытянутой форме уверенно распо­знаются реки шириной до 0,05—0,07 мм в масштабе снимка, что соответствует его разрешающей способности 10/15 ли­ний/мм. Меньше указанного предела реку на снимке обычно не видно. При этом большое значение имеют факторы, обуслов­ливающие резкость и градационную характеристику фотогра­фического материала: внешние условия съемки, структура эмульсионного слоя и режим фотографической обработки, от которых во многом зависит информационная емкость снимка. Как показали исследования, проведенные в ЦНИИГАиК, дешифрируемость цветных снимков на 15—30% выше соответствующего показателя черно-белых панхромати­ческих изображений.

Таким образом, на наиболее распространенных среднемасштабных (1:200000) и мелкомасштабных (1:1000000) ко­смических снимках по прямым признакам надежно распозна­ются относительно крупные реки. Озера дешифриру­ются, когда становится различимой их форма. Но при большом скоплении озер иногда удается опознать даже очень мелкие из них, которые изображаются на снимке в виде не­больших точек. Поэтому при дешифрировании по­верхностных вод косвенные признаки имеют особое значение.

Если прямые признаки дешифрирования на разномасштабных снимках относительно стабильны в любых ландшафтах, то косвенные признаки следует отнести к категории мобильных, потому что они способны варьировать в очень широких пре­делах при изменении масштаба съемки, а также в значитель­ной степени зависеть от природных условий. Так, фототон вод­ной поверхности и конфигурацию рек, каналов, озер и водо­хранилищ можно считать одинаковыми как в лесной, так и в степной или тундровой зонах. Однако увлажненные выше фо­нового уровня территории индицируются в лесной зоне по уг­нетенной растительности, а в степной, наоборот, по буйной растительности. Примеры такого рода очень многочисленны, так как косвенные (ландшафтные) признаки могут быть весь­ма «тонкими» и иметь локальный характер. Рассмотрим основ­ные признаки дешифрирования поверхностных вод на конкрет­ном материале.

Спутниковые съемки содержат обширную информацию о снежном покрове, которая необходима для оценки влагозапасов, объема и режима поступления талой воды в речную сеть. При использовании многократных съемок в видимом (0,4—0,8 мкм), ближнем инфракрасном (ИК) (0,7—1,3 мкм) и тепловом ИК (8—12 мкм) спектральных диапазонах можно определять степень заснеженности водосборов, высотное по­ложение заснеженных участков, продолжительность залегания:

снега по высотным поясам, его глубину и плотность. На космических снимках четко фиксируется площадь тающего снега. На белом фоне снежного покрова уверенно дешифрируются верхние звенья речной сети, так как обильно пропитанный водой снег по тальевгам выделяется более темными узкими полосами. После схода снега эту ин формацию об истоках получить уже невозможно.

Космическая съемка очень эффективна для изучения сов ременного и древнего оледенения. При фотографировании горных районов с космических орбит уменьшаются плановые искажения, которые достигают больших значений на материалах аэрофотосъемки. Даже на мелкомасштабных дистанционных материалах хорошо просматриваются тело ледника, троговые долины и морены. Имеется опыт реконструкции древнего оледенения и конкретизации парамет­ров четвертичных ледников в максимальную фазу их развития.

Белый тон фотоизображения льда является основным дешифровочным признаком наледей. Кроме прямых признаков (тона, структуры и формы) при распознавании наледей под­земных вод учитывается ряд косвенных признаков дешифри­рования: географическое положение бассейна, высотный пояс, приуроченность к определенным формам рельефа и линиям тектонических нарушений, геологическое строение территории и др. Распознавание наледных тел и наледных полян вполне' возможно на черно-белых снимках, полученных в видимом диапазоне спектра. Но наибольшей гляциологической:

информацией обладают снимки в ближней инфракрасной зо­не. Они обеспечивают более высокий контраст фотоизображе­ния открытого льда и окружающего ландшафта независимо от их физиономичных черт. На спектрозональных снимках лучше выделяются переувлажненные грунты, поэтому они предпочти­тельны для дешифрирования наледных полян после стаивания льда. Исследования показали, что с уменьшением масштаба снимка главнейший признак дешифрирования наледных полян — структура фотоизображения ослабевает и в качестве основного признака выступает фототон.

Высокая контрастность льда и открытой водной поверхно­сти позволяет использовать космические снимки для изучения .ледовых явлений в реках, на озерах и водохранилищах, в мо­рях. Оперативное слежение за динамикой разрушения речно­го льда помогает выявлять заторные участки и прогнозировать наводнения. Для организации такого мониторинга успешно используются данные, получаемые с метеорологиче­ских спутников.

Материалы дистанционного зондирования применяют при изучении транзита речных наносов и режима осадконакопления в прибрежных зонах озер и морей. Область аккумуляции твердого стока в устьях рек дешифрируется по светлому фо­тотону водной поверхности. Это дает возможность следить за динамикой подводного рельефа, заносимостью аква­торий, процессами переформирования берегов.

С помощью аэрокосмической фотосъемки и телевизионной информации успешно изучается динамика речных разливов. По разной степени почернения фототона на снимках достоверно дешифрируются границы и площади разливов, по­следовательность затопления поймы, характер происходящих в ней эрозионно-аккумулятивных процессов и ряд других ги­дрологических явлений. Такие сведения особенно важны при исследовании наводнений на неизученных реках, что имеет большое практическое значение в условиях Сибири.

Особую сложность при гидрологическом дешифрировании дистанционной информации представляет процесс распозна­вания малых рек. Например, в залесенных районах кроны де­ревьев могут полностью скрывать русла шириной до 5—6 м, в связи с чем их выявление нередко затруднено даже на очень крупномасштабных (1:2000 — 1:6000) снимках. Однако во многих случаях при определенных условиях съемки и со­стоянии ландшафта можно получить удовлетворительные ре­зультаты дешифрирования малых рек даже на мелкомасштаб­ных космических фотоснимках.

Так, на залесенных равнинных территориях во время ин­тенсивного снеготаяния в верхнем звене речной сети начинает скапливаться большое количество талой воды. Благодаря контрастному фотоизображению водной поверхности и снега (воды и почвенно-растительного покрова) на космических снимках любого масштаба становятся хорошо заметными да­же мельчайшие водотоки. Это позволяет детально изучить строение речной сети и составить подробную гидро­графическую карту.

Для тундровых районов Сибири характерна задержка схода снега даже в незначительных углублениях рельефа, где в ре­зультате метелевого переноса мощность снежного покрова становится выше фоновой. На 1—2 недели позднее снег стаи­вает также на затененных уступах микрорельефа. При весен­ней съемке этот снег может служить индикатором речной се­ти. После схода снега мелкие тундровые реки на космических снимках не просматриваются.

В условиях залесенной местности в качестве индикаторов малых рек нередко удается использовать растительность. Лес чутко реагирует на изменение условий произра­стания — света, тепла, влаги, минеральной пищи и др. В каждой природной зоне и физико-географической провинции экологические особенности древесных пород различны, поэто­му и индикаторная роль их меняется. Например, на относи­тельно увлажненных днищах долин может произрастать в од­них климатических условиях ель, в других — сосна или бере­за. Особенно хорошо видовой состав растительности разделяется на спектрозональных снимках, поэтому при ги­дрологическом дешифрировании такие материалы более цен­ны. В отдельных случаях эффективно синтезирование черно-белых узкоканальных изображений.

Оттенению рисунка речной сети на мелкомасштабных ко­смических снимках способствует глубокий врез речных долин, особенно в малоконтурных горно-степных районах. Повышению контраста способствует не только затененность склонов и днищ глубоких долин, но и развитие в прирусловой части более мощной растительности.

Широко используются косвенные признаки дешифрирова­ния малых рек в освоенных сельскохозяйственных районах. Надежным индикатором рек являются пруды. Четко выделяются долины водотоков, оконтуренные участками па­шен.

Дешифровочные признаки динамики вод подробно рас­смотрены В. И. Орловым. Несмотря на то, что им использованы в основном материалы аэрофотосъемки, изло­женная методика комплексного анализа хода развития компо­нентов природы и их взаимосвязей может быть применима к фотоснимкам любого масштаба. Достоинства космических методов здесь особенно ощутимы, так как при большом территориальном обзоре динамические процессы можно анализировать с учетом более широкого спектра гео­графических закономерностей и взаимосвязей между компо­нентами природной среды.

Как видно из приведенных примеров, в качестве косвенных признаков дешифрирования вод могут выступать не только долговременные, но и кратковременные состояния элементов местности. Все их перечислить невозможно, так как они специфичны для конкретных ландшафтов и условий съемки. На­ша задача заключалась в том, чтобы обратить внимание ис­следователя на необходимость широкого географического под­хода к процессу интерпретации снимка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ ритмики природной среды и выделение наиболее устойчивых состояний ее компонентов является необходимым условием географически достоверного картографического изо­бражения природного ландшафта, его коренных черт, особен­ностей строения и направления развития. Наиболее значимы такие исследования при изучении и картографировании вод дистанционными методами.

В основу выполненной работы положено представление о том, что в условиях многообразия гидрологического режима рек, закономерно отражающего широкий спектр физико-гео­графических условий их бассейнов, формируются зональные и широтно-поясные инварианты стока и других гидрологиче­ских показателей. Эти инварианты можно считать достаточно стабильными, так как они трансформируются не в порядке динамики геосистем, а в процессе эволюционного развития природной среды.