1.1.2 Исторический очерк развития аэрокосмических методов

Применение летательных аппаратов для научных и прикладных целей стало возможным уже через несколько десятилетий после открытия воздухоплавания. В 1783 году братьями Монгольфье (Франция) был произведён первый запуск воздушного шара. В том же году впервые на воздушном шаре совершил воздушный полёт человек. В 1794 году воздушный шар использовался в военных целях в битве при Флерюсе. Также во Франции воздушные шары стали впервые использоваться для научных целях – для изучения магнитного поля (1803, Робертсон) и атмосферы (1804, Гей-Люссак).

Изобретение фотографии (1839), позволившее фиксировать изображения, открыло новый этап в развитии дистанционных методов исследований. Фотографические снимки с аэростатов стали применяться для фотографирования населённых пунктов – в 1859 году Гастоном Турнашоном (Франция) сфотографирован небольшой населённый пункт близ Парижа, в 1860 году Кинг и Блок (США) фотографировали город Бостон. В 1862 году фотографии, получаемые с летательных аппаратов, использовались по время Гражданской войны в США. В 1866 году начальник воздухоплавательной команды российского военного министерства сделал серию снимков Санкт-Петербурга с разных высот.

В 1887 году член Русского технического общества Л. Н. Звагинцев открыл возможность применения аэрофотосъёмки для целей картографирования. Находясь на унесённом в открытое море воздушном шаре, поднявшимся до высоты 2,5 км, он увидел, что с воздушного шара отчётливо видна система мелей, глубокой воды и фарватера Финского залива. «Казалось, – как писал Звагинцев, – перед нами внизу была раскинуты гигантская карта мелей, иллюминированная искусным чертёжником… Вот, несомненно, новая задача фотографии… Недалеко то время, когда будет казаться странным, как могли так долго находиться без воздушных снимков».

Первые фотоснимки с аэроплана были получены Вильбуром Райтом в 1909 году – через 6 лет после изобретения братьями Райт аэроплана.

В 1916 году во время Первой Мировой войны при разведывательных отделениях штабов были сформированы специальные фотометрические подразделения, которые занимались дешифрирование аэроснимков и составлением на их основе карт.

1.1.3 Применение аэрокосмических методов в географических науках

Аэрокосмические методы весьма распространены в науках о Земле, широко применяются для исследования различных природных объектов и решении прикладных задач по охране окружающей среды. Такая их популярность обусловлена следующими их преимуществами по сравнению с наземными наблюдениями:

• наблюдаются и регистрируются сведения об обширных территориях; благодаря большой обзорности на снимках видны крупные региональные особенности хозяйственного воздействия на природные ландшафты; при этом удается выявить на снимках ряд неизвестных ранее закономерностей и процессов, происходящих в географической оболочке Земли.

• космоаэроснимки дают однотипную и детальную информацию о труднодоступных районах с такой же точностью, как и для хорошо изученных регионов, что позволяет эффективно применять метод экстраполяции дешифровочных признаков на основе выделения ландшафтов-аналогов;

• анализ нескольких компонентов природы в их взаимосвязи; комплексный характер информации, содержащейся на космоаэросниках позволяет использовать их для изучения сложных процессов взаимодействия общества и природы

• высокая оперативность, быстрота получения информации, возможность доставки ее потребителю непосредственно в ходе приема с космических аппаратов, а также использование компьютерных технологий для ее обработки позволяет представить информацию в разнообразных формах с высокой наглядностью результатов.,

• непрерывность и повторяемость во времени, что позволяет осуществлять периодичность наблюдений заданных регионов с любой регулярностью (годы, месяцы, дни, часы, минуты), что представляет возможность проследить динамику отдельных процессов и явлений во времени. Аэрокосмическая информация может служить также исходным материалом для целей картографического мониторинга природной среды, а карты мониторинга могут использоваться как фактический материал для обновления ранее составленных тематических карт и оперативного принятия решений по предотвращению негативных последствий хозяйственной деятельности в том или ином регионе.

• мгновенность изображения обширных площадей сводит к минимуму влияние переменных погодных и сезонных факторов;

• аэрокосмические съемки могут выполняться в широком диапазоне электромагнитного спектра от видимого до радиоволнового излучения, что дает возможность наблюдения в любое время года и суток, при любых погодных условиях, а также возможность изучения не только земной поверхности, но и объектов, находящихся на определенной глубине.

В основе географических исследований с помощью аэрокосмических методов лежит теория оптических свойств природной среды, обусловленных взаимодействием солнечного излучения с географической оболочкой. В настоящее время географы располагают чрезвычайно разнообразными видами космической информации, пригодной для исследования как физико-, так и экономико-географических явлений. Это снимки во всех диапазонах спектра электромагнитных волн, используемых в современных дистанционных методах – видимом и ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиодиапазоне (микроволновом и ультракоротковолновом).

Космические методы удачно дополняют традиционные наземные и аэрометоды. Их совместное использование обеспечивает географические исследования одновременно на локальном, региональном и глобальном уровнях. Естественно, что они используются не только в науках традиционного географического цикла, но и в геологических науках, почвоведении, а также в отдельных отраслях хозяйства.

Наиболее широко дистанционная съемка применяется в физической географии. В геоморфологии эффективно применение космических методов при проведении морфо-структурного и морфоскульптурного анализа и картографирования рельефа, его многолетней динамики, природных и антропогенных процессов рельефообразования. В гидрологии по дистанционным изображениям изучают морфологические и морфометрические характеристики водных объектов, прослеживают гидрологический режим водных объектов, проводят моделирование стока, картографирование гидрологической сети.

В почвоведении по космическим снимкам успешно устанавливают пространственную дифференциацию почвенного покрова и проводят его картографирование, определяют многие параметры почв, такие, как гумусность, механический состав, засоленность, влажность, температура. Такие исследования особенно важны при оценке плодородия почв на возделываемых землях, разработке комплексных мелиоративных мероприятий, подборе севооборотов и т. д.

В биогеографии с помощью разномасштабных снимков выявляют и картографируют пространственную структуру биоценозов, проводят биоценометрические, фенологические, медико-географические исследования.

В ландшафтоведении космические методы широко применяют при изучении и картографировании пространственной структуры, сезонной ритмики и многолетней динамики ландшафтов, в палеогеографических исследованиях. По снимкам распознают разнообразные природные ландшафты, их антропогенные модификации и техногенные комплексы.

В целях охраны природы по дистанционным изображениям проводят комплексные природоохранные исследования, осуществляют контроль негативных процессов обезлесения, саваннизации, опустынивания и многих других. Вместе с тем осуществляют оценку антропогенного воздействия на природную среду, а также контроль загрязнения воздушного и водного бассейнов, снежного покрова, земной поверхности.

Также существуют примеры применения космических снимков при изучении генезиса и истории развития естественных ландшафтов. Так, по космическим снимкам территории Калмыкии опознаны места древних поселений, курганы, руины строений, древняя дорожная сеть, староорошаемые земли, высохшие русла рек, в том числе древние русла Волги. С помощью космических снимков был решён вопрос о происхождении горного озера Искандеркуль, расположенного к северу от Гиссарского хребта в Таджикистане. Была опровергнута гипотеза о моренном характере образования озера и установлено, что что причиной возникновения озера послужил крупный обвал, сопровождавшийся оползнями и селевыми потоками, перегородившими долину р. Искандердарья плотиной.

Комплексные исследования истории развития ландшафтов с учетом природных и антропогенных факторов формирования по космическим снимкам имеют самостоятельное научное значение, а также позволяют наиболее объективно оценить современные процессы ландшафтообразования и выделить тенденции будущих преобразований.

В экономической географии космические методы применяются менее широко. В географии сельского хозяйства основное внимание уделяется определению земельных угодий и оценке их нарушенности, вычислению урожайности посевов, продуктивности пастбищ, контролю за функционированием мелиоративных систем, сельскохозяйственному картографированию. В географии населения и транспорта с помощью космических снимков анализируют структуру, функционирование и динамику населенных пунктов, проводят картографирование расселения, уточняют распределение и динамику транспортной сети.

Ряд научных разработок используется в практических целях. В метеорологии разработана и внедрена в производство технология применения материалов космических съемок земной поверхности при прогнозах погоды, в геологии – при определении районов поиска полезных ископаемых, в гляциологии – при прогнозах ледовой обстановки в арктических морях в навигационный период, в ландшафтоведении – при оценке пригодности конкретных видов использования земель и прогнозах изменений структуры земельного фонда при определенных формах хозяйственной деятельности и др.

В настоящее время в России осуществляется целевой космический мониторинг лесопожарной ситуации на базе информации с искусственного спутника Земли (ИСЗ) «Метеор». Также осуществляется постоянный космический мониторинг регионов с критической экологической ситуацией. Он позволяет оперативно и непрерывно оценивать реальное состояние и тенденции нарушения природной среды в таких регионах (например, в регионе Аральского моря и пустыни Кызылкум).

Многоплановое применение материалов космической съемки наиболее эффективно в системе мониторинга природной среды. Сформировавшиеся к настоящему времени службы мониторинга рассматриваются как геоинформационные системы слежения, изучения, контроля и прогноза изменений природной среды. Основными источниками информации в таких системах служат периодическая разномасштабная аэрокосмическая съемка Земли в сочетании со стационарными наземными наблюдениями.

Службы мониторинга создаются на международном, национальном и ведомственном уровнях. В зависимости от масштаба исследуемых явлений они подразделяются на глобальные, региональные и локальные. По своей специализации выделяют комплексные и отраслевые системы, включающие соответственно исследования различных взаимосвязанных природных компонентов или узкоспециализированное изучение отдельных географических объектов и явлений.

В рамках программы ЮНЕСКО (организация ООН по вопросам образования, науки и культуры) «Человек и биосфера» проводится мониторинг фонового состояния биосферы, включающий оценку воздействия человека на ресурсы озер, рек, болот, дельт, прибрежных зон, а также анализ влияния антропогенного загрязнения на состояние биосферы в 35 странах. Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) совместно с ЮНЕП выполняют мониторинг тропических лесов в ряде африканских стран. В рамках Международной гидрологической программы (МГП) ЮНЕСКО осуществляется мониторинг водных ресурсов. ФАО, ЮНЕСКО, ЮНЕП ведут оценку деградации почв в африканских странах, располагающихся к северу от экватора.

Европейское агентство по исследованию космического пространства участвует в организации комплексного мониторинга состояния природной среды, включающего инвентаризацию сельскохозяйственных земель и прогноз урожаев; слежение за использованием земель, их классификацию и картографирование; снеговую и ледовую съемки, определение влажности почв, управление водными ресурсами; съемку океанических побережий и шельфов; исследование полярных районов и движения льдов; определение и прогноз биомассы; предупреждение стихийных бедствий. Разработана система оперативного слежения за процессами опустынивания с использованием космической информации на базе съемок с американского ресурсного ИСЗ «Landsat».

В рамках Всемирной метеорологической организации разворачивается глобальная система комплексного климатического мониторинга. Имеется опыт спутникового наблюдения климата на базе метеорологических и ресурсных ИСЗ в США и России. Проектируются спутниковые системы глобального мониторинга океана и океанических побережий.

В России действует Общегосударственная служба наблюдения и контроля за уровнем загрязнения природной среды (ОГСНК). Разрабатываются комплексные программы специальной постоянно действующей службы экологического мониторинга с использованием космической информации. Аналогичные службы организованы в ещё ряде стран.