8.3. Дистанційні дослідження ландшафтів

Мета: вивчити дистанційні дослідження ландшафтів, комп‘ютеризацію ландшафтознавчих досліджень, основні терміни.

План:

1.Дистанційні дослідження ландшафтів.

2.Елементи літо генної основи ландшафтних комплексів.

3.Комп'ютеризація ландшафтознавчих досліджень.

Дистанційними методами дослідження ландшафтів називають методи, застосовані на використанні матеріалів зйомок, виконаних з літака, космічного або іншого літального апарату.

Одним із таких методів є дешифрування аеро- і космічних фото знімків (АФЗ і КФЗ). Під дешифруванням розуміють метод розпізнавання елементів земної поверхні за їх зображенням на АФЗ і КФЗ. Ландшафтознавче дешифрування - це розпізнавання на АФЗ і КФЗ ландшафтних комплексів або їх окремих елементів, засноване на знанні взаємозалежностей між природними компонентами і елементами, які складають ландшафтні комплекси, і використанні ландшафтних закономірностей як дешифрувальних ознак. Дешифрувальник, опираючись на закони взаємних зв'язків між компонентами ландшафту і знання особливостей їх фотографічного зображення, шляхом логічних побудов приходить до розпізнавання досліджуваного об'єкту або явища.

З точки зору розпізнавальних можливостей, всі елементи земної поверхні поділяють на зовнішні - такі, що можна бачити зверху, і внутрішні - невидимі. Видимі на фотознімках елементи місцевості С.В.Вікторов і С.А.Востокова (1963) запропонували називати фізіономічними, а невидимі - деципієнтними. Дешифровальними ознаками фізіономічних елементів є: 1) форма: 2) розміри; 3) тон (або колір); 4) структура елементів фотозображення. Ці ознаки називають прямими. Невидимі на фотознімках елементи земної поверхні пізнають через видимі за допомогою посередніх ознак, ґрунтуючись на взаємозв'язках між компонентами і елементами ландшафтного комплексу. Прямі і посередні ознаки називають індикаторами, а метод їх використання для розпізнавання елементів земної поверхні - індикацією.

До елементів земної поверхні, які підлягають ландшафтному де шифруванню, відносяться природні та антропогенні компоненти ландшафтних комплексів, а також самі комплекси. Природними компонентами ландшафтних комплексів є геологічна будова і літологічний склад порід, рельєф, ґрунти, водні об'єкти природного походження, природна рослинність; антропогенними компонентами - водні об'єкти антропогенного походження, культурна рослинність, об'єкти промисловості і сільського господарства, населені пункти і дороги тощо.

Із елементів літогенної основи ландшафтних комплексів найкращу дешифрованість має фотозображення рельєфу. Дешифрувальними ознаками форм рельєфу є: 1) об'ємна форма; 2) планова конфігурація; З) тінь; 4) структура фотозображення; 5) особливості розміщення рослинного покриву. За об'ємною формою, плановою конфігурацією і тінню виявляють мезоформи рельєфу та їх елементи; яри, балки, лощини, карстові лійки тощо. Особливості розміщення рослинності, а також тон і струк­тура її фотозображення підкреслюють їхню конфігурацію.

Геологічну будову і літологічний стад порід дешифрують за опосе­редкованими ознаками - формами мезо- і мікрорельєфу, які утворю­ються на гірських породах різного складу. Так, форми флювіального рельєфу мають відмінні морфометричні ознаки в залежності від того, якими породами - піщаними чи суглинистими - складені ландшафтні комплекси.

Особливості ґрунтового покриву розпізнаються, як правило, за опосередкованими ознаками - приуроченістю тої чи іншої рослинності, розташуванням ділянки на певних елементах рельєфу і т. п. Ділянки, що контрастують за умовами ґрунтового зволоження (сухі і мокрі дни­ща лощин, сухі і сирі заплави, водозбірні зниження при вершинах ба­лок і т. п.) добре читаються на АФЗ за зміною тональності фотозобра­ження. Сильно впливає на тональність фотозображення і вміст гумусу в ґрунті; різниця у 2-3% змінює тон настільки, що за АФЗ можна розріз­нити ділянки із світло-сірими лісовими ґрунтами від ділянок із сірими ґрунтами і т. д.

Прямими дешифрувальними ознаками водних об'єктів є тон і фор­ма їх фотозображення. Водні поверхні поглинають більшу частину сві­тової енергії, яка на них падає, тому дзеркало води на знімках зображу­ється більш темними тонами, ніж суходіл. Річки, озера, ставки розпі­знаються також за формою і розмірами їх фотозображення. Розпізнавання річок і струмків, які течуть в лісі і закриті кронами дерев, також проводиться за опосередкованими ознаками. В цьому випадку індикатором можуть слугувати видовий склад і життєві форми рослин, що супроводжують річище: на ділянках більшого зволоження вздовж водотоків рослинність має або інший видовий склад, або менші розміри крон і висоту дерев.

Прямими дешифрувальними ознаками рослинного покриву слугують тон і структура фотозображення, форма тіні, а також рельєф пологу в лісових угрупуваннях. Для лісових насаджень основними дешифру­вальними ознаками є структура і тон фотозображення. Ліси розпізнаються на знімках за відносно темним тоном і зернистою структурою. Так, березовий ліс на знімку має крупнозернисту структуру на відміну від дрібнозернистого малюнку фотозображення ялиново-смерекового лісу. Для лісу, що насаджений, характерна лінійна структура. Регулярне розміщення "зерен" на знімку дозволяє розпізнавати фруктовий сад. Луки дешифруються за приуроченістю до певних форм рельєфу (вони приурочені головним чином до долин річок і струмків) і тоном фотозображення. Суходільні луки відрізняються однорідним рівним світло-сірим тоном. Мокрі луки приурочені до знижених місць і відрізняються темним тоном. Болотні ділянки мають на знімках загальний сірий тон, який сильно варіює в залежності від характеру рослинності і ступеня вологості болота у момент знімання.

Для об'єктів, зв'язаних з діяльністю людини (населені пункти, шляхи сполучення, промислові споруди і т. д.), характерна геометрично правильна конфігурація. Регулярне квартальне планування характерне для порівняно великих населених пунктів в рівнинних районах. Нерегулярне квартальне планування характерне для гірських поселень. Для невеликих населених пунктів в рівнинних областях типове рядове планування. Зображення городів та інших сільськогосподарських земель мають на знімках прямолінійні обриси і характерну смугасту структуру - наслідок розміщення культур.

Найбільш важливими дешифрувальними ознаками об'єктів транспортної сітки є їх форма, місцеположення і тон фотозображення. Для залізних і шосейних доріг характерна прямолінійність контурів, наявність снігозахисних лісонасаджень вздовж полотна дороги, насипів і виїмок, мостів. Ґрунтові і польові дороги виглядають світлими помірно звивистими лініями.

Межі ландшафтних комплексів виділяють, насамперед, за ознаками рельєфу, а потім уточнюють за ознаками рослинності та інших компонентів і елементів природного і антропогенного походження. Так, притерасна заплава розпізнається за більш низьким, по відношенню до те раси, положенням в рельєфі, а також більш темним, ніж у центральної заплави і тераси, тоном фотозображення, що є індикатором перезволоження. Западина виділяється на АФЗ своєю округлою формою і більш темним, ніж у оточення, тоном фотозображення, що вказує на більше зволоження і інший характер рослинності. В западинах, на відміну від плакорних ділянок з культурними посівами, зберігається природна рослинність вологих луків.

Функціонування і динаміку ландшафтів досліджують шляхом використання методу часового зрізу, який дозволяє вивчати стан ПТК на різних стадіях його еволюції. Виконані з різними часовими інтервалами, АФЗ містять значний обсяг інформації про природні та соціально-економічні явища і процеси, що відбуваються на одній і тій же території. Особливе значення це має при дослідженні наслідків антропогенного впливу на ландшафти. Проводячи дешифрування різночасових знімків, можна простежити часову послідовність виникнення і розвитку антропогенних модифікацій ландшафтів і намітити перспективи оптимізації антропогенного впливу на природне середовище. Так, фотограмметрична обробка матеріалів різночасової зйомки для детального вивчення техногенних ландшафтів, які виникають в результаті видобування корисних копалин, дозволяє отримати морфометричні характе­ристики техногенного рельєфу на різних стадіях його формування, прослідкувати етапи природного відновлення рослинності на відпрацьова­них ділянках.

На сьогодні зйомку поверхні Землі виконують природно-ресурсні супутники: українські "Січ-1" та "Океан-О", російський "Ресурс", американський “Landsat”, французький SРОТ та ін. Вони оснащені багато-спектральною скануючою апаратурою МСY, МSS, ТМ, НRV, МОМS та іншими. Вказані сканери налічують до п'яті каналів в оптичному діапа­зоні з роздільною здатністю від 10 до 360 м та канали в інфрачервоно­му діапазоні з роздільною 120-170 м.

Інформація, одержана у вигляді сканерних знімків в різних діапа­зонах спектру (оптичному, ІЧ та НВЧ), після відповідної комп'ютерної обробки дозволяє: 1) вивчення небезпечних природних і техногенних ек­зогенних процесів і виявлення зон екологічного ризику; 2) дослідження екосистем великих міських агломерацій і промислових регіонів та динаміки їх територіального розвитку; 3) оцінювання стану і класифікації рослинності; 4) оцінювання радіоекологічного стану зони впливу аварії на Чорнобильській АЕС; 5) виявлення джерел забруднення і оцінювання якості води водних об'єктів; 6) прогнозування масштабів повені; 7) визначення вологості ґрунтів і рівня ґрунтових вод; 8) пошуки нафтогазоносних покладів. Ось деякі приклади таких досліджень.

На багатоспектральних космічних знімках м. Києва легко простежуються райони багатоповерхової забудови і промислові зони, ліси і парки з різним характером деревних порід, лучна і чагарникова рослинність, сільськогосподарські угіддя і садово-дачні ділянки, водні об‘єкти і ділянки намивних пісків під забудову, ділянки з діючими і потенційними зсувами, місця розвитку ерозійних процесів і просадок ґрунтів, ділянки підтоплення ґрунтів і перевіювання пісків.

На космічних знімках Херсону чітко дешифрується техногенний тип рельєфу: кар'єри по видобутку будівельних матеріалів, насипи, дамби, укріплення, вали, відстійники.

Оцінка стану рослинного покриву виконується на основі розрахунку нормалізованого вегетаційного індексу у відповідності з інтенсивністю відбитої сонячної радіації, а індикатором є колір. На космічному знімку центральних і південних районів України ділянки червоного кольору відповідають повній відсутності рослинності. Це піски, кар‘єри, багатоповерхова забудова міст. Відтинки зеленого кольору відповідають лісам, лукам, полям сільськогосподарських культур з проективним покриттям земної поверхні понад 70 %. Відтинки рожевого та жовтого кольору відповідають ділянкам з проективним покриттям від 10-15 до 70 %.

Цікавим прикладом можливостей дешифрування космічних знімків за допомогою комп'ютерних технологій є виявлення джерел забруднень водних об'єктів в межах м. Києва. На комп'ютерному зображенні, що синтезоване із трьох спектральних каналів одного космічного знімка, пікселі зображення у відповідності з рівнем забруднення розбиті на класи, які відрізняються градаціями яскравості. Кожному з них для зручності надані різні кольори, які підібрані таким чином, що найбільшій яскравості зображення, а отже і найбільшій концентрації забруднень, відповідає червоний колір. Подальша зміна забарвлення водної поверх ні відбувається у відповідності із зменшенням концентрації забруднень.