Гидро-климатические условия на космических снимках

решения ряда задач комплексного изучения и картографирования при¬родных условий и ресурсов необходимо иметь следующую ин¬формацию о состоянии вод исследуемой территории: во-пер¬вых, когда наблюдается фаза водности, уровни воды при ко¬торой находятся в пределах картографического интервала высот; во-вторых, какова продолжительность стояния уровней воды (число дней в году) в картографическом интервале вы¬сот. Последняя важна для оценки категории сложности съемки.

Для определения этих параметров на опорных гидрологи¬ческих створах рек Сибири вычислены: картографи¬ческий уровень воды; картографический интервал уровней воды; средняя годовая повторяемость уровней воды в карто¬графическом интервале высот. Далее, по данным стандартных гидрологических наблюдений Гидрометеослужбы, установлено наилучшее время дистанционной съемки, т. е. месяцы, в которые наблюдалась наибольшая повторяемость уровней воды в оптимальной шкале высот. По полученным материалам построены карты наилучших сроков аэрокосми¬ческой съемки рек в картографических целях (рис. 71, 72). При этом выявлено, что продолжительность стояния уровней воды в картографическом интервале высот изменяется зонально и по высотным поясам, т. е. отражает общие географиче¬ские закономерности гидрологического режима рек. Так, в пределах Среднесибирского плоскогорья на широте 55—60" этот параметр для рек местного стока равен приблизительно 100 дней, на широте 70°— 30 дней. В горах с увеличением высоты он уменьшается. Например, в северных предгорьях Саян он находится в пределах 80—90 дней, а в верхнем поясе гор сокращается до 30 дней в году.

Оптимальные сроки дистанционной съемки крупных, осо¬бенно зарегулированных рек, могут не совпадать со сроками съемки рек местного стока. В этих случаях целесообразна до¬полнительная съемка по маршрутам вдоль крупных рек. Возможно также использование материалов ранее выполнен¬ных аэрокосмических съемок, удовлетворяющих поставленным требованиям. Этот вариант более экономичный, так как ко¬смические съемки ведутся несколько раз в год, а плановые деформации русел рек за 1—2 года в большинстве случаев не превышают графическую точность даже крупномасштабных карт. При дистанционной съемке половодий и паводков на ре¬ках необходима оперативная информация территориальных управлений по гидрометеорологии, поскольку время их наступления и максимального развития находится в зависимо¬сти от гидрометеорологических условий конкретного года.

Годовой ход уровня воды озер в целом повторяет ход уров¬ня воды рек. Поэтому сроки их аэрокосмической съемки прак¬тически совпадают.

Водохранилища, за исключением мелких, наносятся на топографическую карту при нормальном подпорном уровне воды. Аэрокосмическая съемка их должна выполняться после наполнения, что для большинства крупных водохранилищ Си¬бири отмечается в сентябре (Новосибирское водохранилище — в июле, Усть-Илимское — в августе). Уровни воды, близкие к НПУ, держатся практически до появления ледовых явлений. Как и для рек, для водохранилищ можно обозначить допу¬стимые пределы высоты уровня воды во время дистанционной съемки. Такой интервал ΔА зависит от величины проектной сработки водохранилища А и вычисляется по формуле

ΔАвдхр=НПУ±0,1А.

Для отображения сезонной динамики береговой линии це¬лесообразно наносить на карту положение уреза воды и при сработке водохранилищ. Поэтому дистанционная съемка их должна производиться в два срока, т. е. дополнительно еще весной, сразу после очищения воды ото льда. Для водохрани¬лищ юга Сибири, это время обычно наступает в конце апре¬ля-начале мая, для северных водохранилищ-во второй по¬ловине июня или в начале июля.

Дешифрирование вод на аэрокосмических фотоснимках

В связи с развитием дистанционных исследований методи¬ка тематического дешифрирования снимков быстро наполня¬ется новым содержанием. Двигателем этого прогресса являет¬ся практическая необходимость значительного расширения круга изучаемых природоведческих проблем (ресурсного, ди¬намического, прогнозного и других направлений), а также внедрение автоматизированных систем обработки дистанцион¬ной информации, что требует более глубокого учета геогра¬фических закономерностей и взаимосвязей между компонен¬тами природной среды. Новые подходы, базирующиеся на комплексной интерпретации мелкомасштабных снимков, осо¬бенно заметны в космическом землеведении.

С уменьшением масштаба на снимке теряются многие де¬тали изображения природной среды, но в результате «косми¬ческой» (спектральной, геометрической и тематической) ге¬нерализации на нем «проявляется» новая информация. Например, за счет более высокой степени визуализации круп¬ных полей с различной оптической плотностью надежно де¬шифрируются линеаменты, кольцевые структуры, морские течения и другие природные объекты и явления. С другой стороны, потеря деталей привела к необходимости бо¬лее глубокого учета взаимосвязей между составляющими при¬родных комплексов (выявления косвенных, ландшафтных признаков дешифрирования), что в свою очередь значительно повысило достоверность результатов.

Известно, что объем регистрируемой на снимке информа¬ции во многом зависит от спектрального диапазона съемки. При съемке в видимом диапазоне электромагнит¬ных волн (0,4—0,8 мкм) определяющее значение имеет интегральная яркость объекта, а при съемке в узком диапа¬зоне — спектральная.

Природные тела (вода, растительность, горные породы и др.) характеризуются различной отражательной способностью, которая дифференцируется также для фиксированных длин электромагнитных воли. Эксперименты показали, что, несмотря на влияние на яркостные характеристики местности внешних факторов (высоты солнца, прозрач¬ности атмосферы и др.), выделяются длины электромагнитных волн, в которых та или иная группа объектов регистрируется на снимке более контрастно.

На графике видно, что, например, для целей гидрологи¬ческого дешифрования повышенной информативностью обла¬дают снимки, полученные в диапазоне 0,6—0,8 мкм. В этом случае водная поверхность резко «вычленяется» на фоне изо¬бражения других природных образований. Появляется широ¬кая возможность автоматизированного распознавания объек¬тов посредством математической формализации процесса дешифрирования и использования современных систем цифро¬вой обработки изображений.

Методика топографического и тематического специального' дешифрирования природных объектов и явлений на дистан¬ционных снимках базируется на общих принципах, изложен¬ных в ряде работ.

При топографическом картографировании главное внима¬ние уделяется отображению внешних очертаний объектов местности, показу их взаимного расположения и раскрытию внутренних свойств. Эти так называемые топографические объекты местности определяют главное содержание карт соответствующих масштабов и назначения (использование в народном хозяйстве, в Вооруженных Силах, при решении за¬дач научно-исследовательского характера и др.).

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 сним¬ков широко используется ландшафтный метод дешифриро¬вания.

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 по¬левых работ. Многие авторы отмечают большие преимущества космических материалов при создании серий взаимосвязанных тематических карт, т. е. при реализации комплексного изуче¬ния и картографирования природных условий и ресурсов. Все это относится и к дистанционному исследованию вод.

Гидрологический анализ аэрокосмических снимков пред¬полагает знание не только прямых (видимых) признаков де¬шифрирования, но и учет существующих в природных комп¬лексах взаимосвязей и взаимозависимостей, как на региональ¬ном, так и на глобальном уровнях. Устанавливаемые в поле¬вых условиях гидрологические дешифровочные признаки це¬лесообразно систематизировать в виде аэрокосмофотоэталонов, которые в оптимальном варианте должны представлять собой наборы разномасштабных, разновременных и разнотип¬ных снимков с отдешифрированными на них гидрологическими элементами и комплексами природной среды, характеризую¬щими сущность и динамику происходящих гидрологических процессов. При этом необходимо устанавливать технические и природные параметры съемки, которым соответствует ландшафтно-гидрологическая интерпретация эталонного фотоизо¬бражения. В данных условиях основные количественные и качественные характеристики вод, снятые с эталонов, можно экстраполировать в границах ландшафта определенного ран¬га.

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 коэф¬фициентов яркости указанных объектов — от 0,1 для чистых и глубоких водных масс в спокойном состоянии до 0,9 для све¬жевыпавшего снега. Главными дешифровочными признаками поверхностных вод являются: ровный фототон и специфиче¬ская монотонная или выразительная структура изображения воды, снега и льда; извилистость непрерывно линейно вытяну¬того рисунка рек; овальная форма озер и приуроченность во¬дотоков и водоемов к