Реферат: Гидро-климатические условия на космических снимках

Реферат: Гидро-климатические условия на космических снимках

Содержание

Введение___________________________________________ 1

Методические вопросы использования

дистанционной

информации___________________________ 3

Оптимальные сроки

дистанционной

съёмки рек, озер и

водохранилищ_______________________ 8

Дешифрирование вод на

аэрокосмических

фотоснимках______________________________________13

Заключение_________________________________________ 21

Сибирский Государственный Технологический Университет

Реферат

Тема: Гидроклиматические условия на космо-снимках.

Выполнил ст-нт: Данилин А.И.

Группа: 32-3

Проверила: Шевелёва Г.А.

Красноярск 2000

ВВЕДЕНИЕ

Правильное картографическое изображение гидрографи­ческой сети — рек, озер и

водохранилищ имеет большое науч­ное и практическое значение. Водные объекты

являются су­щественными элементами содержания большинства географи­ческих

карт и во многом определяют их «лицо». Прежде всего это относится к

топографической карте — главной карте го­сударства.

Вода — природный ресурс, без которого невозможна жизнь человека на земле.

Водные объекты, показанные на карте, служат надежным ориентиром для экипажа

воздушного судна, геолога, жителя малонаселенного района. Знание

пространст­венного размещения, качественных и количественных харак­теристик

гидрографической сети необходимо при проектирова­нии, строительстве и

эксплуатации социально-промышленных. объектов, организации мониторинга

природной среды, прове­дении специальных полевых, производственных и научных

изысканий. Наконец, речная и озерная сеть являются свое­образным «каркасом»

при составлении многих тематических карт. Она выступает здесь как важный

элемент топографи­ческой основы.

Характер гидрографической сети в различных природных зонах и высотных поясах

Сибири неодинаков. Различия гео­логии и рельефа, климата и растительности и

других компо­нентов географической среды региона обусловливают свое­образный

гидрологический режим водных объектов. Реки гор­ных районов обычно

полноводны, поэтому даже небольшие из;

них труднодоступны для переправы или передвижения на лодке. Реки равнин

весной разливаются на десятки километ­ров, но после спада весеннего половодья

характеризуются ма­лой водностью и спокойным течением. Своеобразен

гидроло­гический режим рек, зарегулированных крупными водохрани­лищами.

Многие особенности характера и гидрологического режима водных объектов

находят непосредственное отображение на топографических картах. К таким

показателям относятся:. конфигурация рек, озер и водохранилищ, отметки уреза

воды,. ширина, глубина и скорость течения рек, ряд других коли­чественных и

качественных характеристик. Чем полнее пока­зана гидрографическая сеть на

карте, тем выше ее качество. При этом важно, чтобы карта отражала основные,

типичные черты режима рек и других водных объектов. Это повышает ее

географическую достоверность. Для обогащения содержа­ния карт необходимо

также отображение на них различных динамических состояний гидрографической

сети, например, разливов рек, плановых перемещений русел, изменения во

времени конфигурации озер и водохранилищ.

Основной источник гидрологической информации при картографировании территории

- аэрокосмические снимки. Поэтому знание дешифровочных признаков вод имеет

решаю­щее значение при создании карт.

Методические вопросы использования дистанционной информации

Основной целью дистанционных методов является получе­ние информации о

местности по снимку. Разработке теории и практики дешифрирования

аэрокосмических снимков посвяще­на обширная литература.

С методической точки зрения дешифрирование снимка сво­дится к установлению

адекватности исследуемого изобра­жения одному из эталонов, внутреннее

содержание которого известно. Морфологию ландшафта в принципе можно раскрыть

на эталоне с любой детальностью. Но в связи со сложной структурой природного

ландшафта, зависящей от множества физико-географических факторов [9], строгий

аналог данному эталону не всегда находят даже в пределах ограниченной

тер­ритории — фации, урочища или местности. Поэтому на эта­лоне должны быть

зафиксированы основные, характерные для данного объекта (процесса, явления)

показатели конструкции фотоизображения.

В практике устанавливаются дешифровочные признаки тех объектов, процессов и

явлений и с той глубиной проработки взаимосвязей, которые интересуют

исследователя и могут быть получены по имеющейся дистанционной информации с

учетом вида съемки, масштаба снимка, времени съемки и других усло­вий. Таким

образом, идеология анализа снимка заключается в расшифровке генерализованного

фотографического изобра­жения местности по данным натурных исследований (от

объ­екта к эталону) и использовании полученной информации в обратном порядке

(от эталона к объекту). Иными словами, «космическая» система изучения

природных ресурсов, является системой наземно-дистанционной. Она состоит из

комплекса научно-технических мероприятий, включающего непосредственные

природоведческие (например, контактные) и дистанционные (например,

фотографические) исследова­ния. На необходимость комплексирования наземных,

авиаци­онных и космических методов указывают многие ученые.

При изучении природных ресурсов и динамики природной среды, а также при

постановке мониторинга на базе дистан­ционных фотоснимков следует учитывать,

что детальность анализа зависит от метода исследования, поскольку в каче­стве

лимитирующего условия выступает уровень генерализа­ции фактического

материала. Таким образом, при трехуровенных наблюдениях (наземных, с самолета

и из ко­смоса) реализуется возможность изучения геосистем любых размерностей.

При этом осуществляется поэтапная ге­нерализация частных природных связей и

выход на более вы­сокий уровень обобщения.

Важным постоянством современных дистанционных мето­дов является наличие

непрерывного потока аэрокосмической информации, что создает базу для

мониторинга природной среды как в региональном, так и в глобальном масштабах.

Вся территория СССР покрыта несколькими разновременными «слоями» аэрофотосъемки

и многократно—космической съем­кой. Объем дистанционной информации продолжает

нарастать. Имеются топографические и большое число тематических карт, накоплен

огромный банк природоведческих данных, по­лученных традиционными наземными

методами. Системный подход к анализу этих материалов на основе дистанционных

методов открывает принципиально новые горизонты для ре­шения проблем

рационального природопользования.

С точки зрения топографического и тематического карто­графирования

космический снимок (не заменяя самолетный) начинает все более и более играть

роль корректирующего (в топографии) и связующего (в тематической картографии)

ма­териала. Можно утверждать, что в деле познания природы мы не находимся на

«голом месте». Как и в любой области зна­ний, в природоведении движение

вперед возможно, если име­ется новый шаг, сделанный за старым. Сейчас едва ли

кто серьезно будет говорить о создании, например, гидрографи­ческой или

ландшафтной карты только по результатам интер­претации космических снимков

без привлечения имеющихся картографических, натурных или иных данных. В то же

время можно с уверенностью утверждать, что последние материалы могут получить

новую «космическую» трактовку, базирую­щуюся на анализе многоотраслевого

содержания снимка. Та­ким примером служат серии тематических карт,

разработан­ные по программе КИКПР (комплексного изучения и карто­графирования

природных ресурсов на основе космической информации) на ряд регионов страны.

Водная поверхность при пассивном способе дистанционной съемки почти полностью

поглощает световой поток, поэтому на фотоизображении, полученном на

панхроматическом мате­риале в видимой зоне спектра (0,4—0,8 мкм), она бывает

в целом темная и ровная. Однако величина возвращаемого па­дающего на воду

потока энергии, т. е. отражающая способ-кость водной поверхности, зависит от

многих факторов: угла 'наклона солнечных лучей, глубины водного объекта,

харак­тера грунта и водной растительности, твердого стока (речной мути) и др.

Поэтому на черно-белых снимках тональность фо­тоизображения меняется,

варьируя в очень широких преде­лах. Более плотный тон изображения (до

черного) имеет глу­бокая и чистая вода, более светлый (до белого)-мелкая и

загрязненная. На цветных снимках, в том числе спектрозональных, эти различия

цветовые. В большинстве случаев ука­занные тоновые и цветовые вариации водной

поверхности на снимке локальны и сравнительно легко распознаваемы, так как

структура любой «неводной» поверхности характеризует­ся значительно более

мозаичным рисунком фотоизображе­ния.

Поверхностная гидрографическая сеть (реки, озера, водо­хранилища) имеет

специфическую линейную и площадную конструкцию. Поэтому при дешифрировании

водных объектов используются в основном геометрические, а не спектральные или

текстурные признаки. В то же время в определенных диа­пазонах

электромагнитных волн реален анализ вариации оп­тических плотностей,

вызываемых растворами и взвесями ор­ганических и неорганических веществ, а

также зависящих от толщины слоя чистой воды. Это позволяет устанавливать

степень загрязнения и глубину вод.

Материалы аэрокосмической фотосъемки широко исполь­зуются как в процессе

создания топографических карт, так и при их обновлении. Роль самолетных и

космических снимков различна. Аэроснимки применяются при картографировании в

крупном масштабе, и заменить их космическими снимками пока невозможно, так

как большая высота фотографирования и съемка длиннофокусными камерами не

позволяют получать материалы из космоса для детального изучения рельефа

фо­тограмметрическим методом.

Космические фотосъемки эффективны при обновлении карт. Практика показала, что

при использовании космических методов можно отказаться от традиционного

поэтапного ме­тода картосоставления и перейти на технологию обновления карты

требуемого масштаба, а не всего масштабного ряда. Это сокращает цикл работ на

несколько лет. Кроме того, в связи с большим территориальным охватом

космического снимка и малыми искажениями контуров в горных районах

уменьшается трудоемкость работ по обновлению карт.

На наш взгляд, можно повысить эффективность космиче­ских методов, если

использовать снимок как неотъемлемое дополнение к топографической карте.

«Космическое» обеспе­чение карты снимет остроту проблемы постоянного и

неизбеж­ного при существующей технологии картографирования «ста­рения» ее

содержания. На практике потребитель пользуется картой, составленной несколько

(нередко до 10 и более) лет назад. Поэтому ему нужно выдавать устаревшую,

даже на 2— 3 года, топографическую карту и в качестве приложения —

современный космический снимок. Снимок должен быть при­веден к масштабу

карты. В случае необходимости можно монтировать уточненную фотосхему.

Если пойти дальше, то в оптимальном варианте «косми­ческое» сопровождение

карты должно иметь тематическую направленность. Например, если потребителя

интересует ра­стительный покров, то наиболее информативной для него бу­дет

осенняя спектрозональная съемка и т. д.

Реализовать данное предложение несложно. Сделать это можно силами

региональных аэрогеодезических предприятий и подразделений Госцентра

«Природа». Топографические карты совместно с космическими снимками будут

всегда «свежими» и более содержательными, потому что информационная ем­кость

снимка намного превышает информационную емкость карты. При этом любой

пользователь может самостоятельно отдешифрировать фотоизображение, так как

большинство ото­бразившихся на снимке объектов местности уже расшифрова­но на

карте. Очевидно, при планировании космических съемок необходимо учитывать и

специфику топографического карто­графирования (масштаб, время съемки, зоны

спектра и др.), и требования различных потребителей. «Космическое»

прило­жение к карте можно поставлять заказчику ежегодно.

'На дистанционном снимке изображается внешний облик природного ландшафта,

основными составляющими которого являются: почвенно-растительный покров;

поверхностные во­ды; социально-экономические объекты. Все перечисленные

группы объектов динамичны, но скорость и направление теку­щих изменений в

каждой из них имеют свои особенности.

Оптические свойства природного ландшафта тесно корре­лируют с сезонным ритмом

развития растений и увлажнен­ностью почв. Наибольшей изменчивостью сезонного

хода спектральной яркости обладает летне-зеленая группа расте­ний, наименьшей

— вечнозеленая. Кроме того, спектральная яркость растений изменяется с длиной

волны излучения. По исследованиям Е. А. Галкиной при длине волны 0,55 мкм она

имеет максимум, при длине волны 0,70 мкм — минимум, за которым следует резкий

ее рост.

Влияние фенологического состояния растительного покро­ва на сроки

аэрофотосъемки подробно рассмотрено Л. А. Бо­гомоловым, Р. И. Вольпе, Л. М.

Гольдманом и Р. И. Вольпе и др. Исходя из требований топографиче­ского

картографирования ими рекомендованы сроки съемки почвенно-растительного

покрова для всех ландшафт­ных зон СССР. Сроки аэрокосмической съемки

растительности для составления фенологических карт проанализированы Н. Г.

Хариным.

Отметим, что в целом благоприятные сроки съемки расти­тельности охватывают

довольно широкие пределы (от времени завершения формирования листового полога

до начала листо­пада) и не являются лимитирующим фактором для съемки

поверхностных вод, оптимальный диапазон времени фотогра­фирования которых

значительно короче. Вместе с тем под­черкнем, что для целей тематического

картографирования (например, лесохозяйственного, почвенного и др.)

оптималь­ные сроки дистанционной съемки, выбор типа фотоматериала и зон

спектра имеют особое значение.

Как известно, водные объекты характеризуются изменчи­востью плановых

очертаний, вызываемой сезонными колеба­ниями уровня воды. Поэтому при

обосновании сроков съемки для топографии необходимо учитывать соответствие

фазы уровенного режима состоянию вод, которое принято для карто­графирования.

На этом вопросе мы подробно остановимся ни­же. При тематическом

картографировании нередко важен учет площадных гидрологических характеристик,

так как многие параметры (например, площадь разлива рек, граница

распро­странения снежного покрова) чрезвычайно динамичны и для их изучения

требуется временная привязка аэрокосмической съемки с точностью до дня. Можно

указать на литературу, в которой этот вопрос прорабатывается с самых

различных по­зиций.

Социально-экономические объекты по сравнению с природным ландшафтом более

стабильны. Ход их развития имеет в основном однонаправленный характер

(расширяется или су­жается площадь застройки населенных пунктов,

прокладыва­ется новая дорога, сооружается дамба и т. д.). Антропогенные

объекты обладают, как правило, специфическими дешифровочными признаками и

сравнительно легко распознаются на аэрокосмических снимках. Но в некоторых

случаях это не исключает необходимости лимитирования сезона, месяца, дня или

даже времени суток съемки. Так, при изучении древних оросительных систем

эффективна съемка после кратковре­менных дождей или при низком стоянии

солнца. После дождей в аридных районах буйно зеленеет пустынная

растительность, а при низком стоянии солнца хорошо заметны тени от малей­ших

неровностей земли, что является хорошим демаскирую­щим признаком.

Оптимальные сроки дистанционной съемки рек, озер и водохранилищ

Береговая линия рек, озер и водохранилищ наносится на типографическую карту

по фотоизображению. В большинстве случаев граница воды и суши непостоянна и

смещается в плане на величину, зависящую от амплитуды колебаний уров­ня воды

и угла наклона берегового склона. Допустимая вели­чина смещения береговой

линии на местности во время ди­станционной съемки при картографировании в

разных ма­сштабах неодинакова. При расчете табличных дан­ных принято, что

сдвиг береговой линии не должен превышать 0,5 мм на карте. Это соответствует

средней ошибке положения. на ней контуров местности.

Как видно из таблицы, наиболее жесткие требования к ста­бильности планового

положения береговой линии водных объ­ектов предъявляются при создании карт

крупного масштаба Уклоны аккумулятивных берегов многих рек Сибири состав­ляют

всего несколько градусов, а колебания уровня воды да­же после схода половодья

или в период между паводками исчисляются метрами. В этих условиях возникает

необходи­мость строгого учета уровенного состояния водных объектов при

аэрокосмической съемке в картографических целях.

Речная и озерная сеть должны изображаться на карте по состоянию на

картографический уровень воды. Но в связи постоянно изменяющимся уровнем воды

(например, на р. Нижняя Тунгуска суточная амплитуда колебаний может достигать

1-2 м.) зафиксировать на снимке очертания водных объектов по состоянию на

заранее установленный уровень воды трудно. Иногда для этого необходимо

провести дорогостоящие и трудоемкие работы. Практически при проведении

аэрокосмических съемок в картографических целях ориентируются на примерное

соответствие мгновенного (при фотографировании) уровня воды срезочному,

принятому для ближайшего водомерного поста. При этом каких-либо крите­риев,

регламентирующих предельно допустимые отклонения уровня воды во время съемки

от принятого за оптимальный, нет. Поэтому нередки случаи, когда дистанционная

съемка выполняется в произвольные сроки, без учета уровенного состояния

водных объектов, что приводит к не­удовлетворительным результатам.

Вопрос обоснования уровенных условий съемки вод требует специальной

проработки. Величина допустимой амплитуды колебаний уровня воды должна

дифференцироваться для каждого участка водотока или для каждого озера. Так,

сред­няя многолетняя амплитуда колебаний уровня воды открытого русла на р.

Подкаменной Тунгуске изменяется по длине реки следующим образом: в верхнем

течении — на 1 м, в среднем (с. Ванавара) — на 6 м, в нижнем (с. Байкит) — на

12 м.

Если принять единый допуск на отклонение мгновенного (при дистанционной

съемке) уровня воды от установленной нормы по какому-то одному посту, то этот

допуск не будет «работать» при удалении вверх или вниз по течению реки.

На­пример, если за исходный пункт принять створ у с. Ванавара, то приемлемая

для него величина отклонения уровня воды от принятой нормы будет завышенной

для верховьев реки и не­достаточной для низовьев. В первом случае (верховье

реки) допустимый для створа у с. Ванавара интервал уровня воды будет больше

его годовой амплитуды, во втором (низовье ре­ки) — он окажется явно

недостаточным. Следовательно, рас­сматриваемый допуск должен соотноситься с

амплитудой коле­баний уровня воды, этому критерию удовлетворяет

картографический интервал уровней воды, так как его величина функционально

связана с ампли­тудой колебаний уровня воды в любом створе реки или в озере.

При проведении аэрокосмической съемки в целях создания или обновления

топографических карт, а также для решения ряда задач комплексного изучения и

картографирования при­родных условий и ресурсов необходимо иметь следующую

ин­формацию о состоянии вод исследуемой территории: во-пер­вых, когда

наблюдается фаза водности, уровни воды при ко­торой находятся в пределах

картографического интервала высот; во-вторых, какова продолжительность

стояния уровней воды (число дней в году) в картографическом интервале вы­сот.

Последняя важна для оценки категории сложности съемки.

Для определения этих параметров на опорных гидрологи­ческих створах рек

Сибири вычислены: картографи­ческий уровень воды; картографический интервал

уровней воды; средняя годовая повторяемость уровней воды в карто­графическом

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 аэрокосми­ческой 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 географиче­ские 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, осо­бенно зарегулированных

рек, могут не совпадать со сроками съемки рек местного стока. В этих случаях

целесообразна до­полнительная съемка по маршрутам вдоль крупных рек. Возможно

также использование материалов ранее выполнен­ных аэрокосмических съемок,

удовлетворяющих поставленным требованиям. Этот вариант более экономичный, так

как ко­смические 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

ре­ках необходима оперативная информация территориальных управлений по

гидрометеорологии, поскольку время их наступления и максимального развития

находится в зависимо­сти от гидрометеорологических условий конкретного года.

Годовой ход уровня воды озер в целом повторяет ход уров­ня воды рек. Поэтому

сроки их аэрокосмической съемки прак­тически 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

Си­бири отмечается в сентябре (Новосибирское водохранилище — в июле, Усть-

Страницы: 1, 2