ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ БОЛОТНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ 6
1 Мониторинг растительного покрова 9
1.1 Методы дистанционного зондирования 9
1.2 Средства дистанционного зондирования 13
1.2.1 Основные средства дистанционного зондирования 13
1.2.2 Радар 14
1.2.3 Лидар 16
1.2.4 Радиометр 17
2 Определение комплексной диэлектрической проницаемости на СВЧ 18
2.1 Методика измерений комплексных коэффициентов отражения и
прохождения в коаксиальной ячейке на СВЧ 18
2.2 Описание образцов 20
2.3 Расчет комплексной диэлектрической проницаемости из измеренных
параметров матрицы рассеивания в коаксиальной ячейке 21
2.4 Результаты расчета комплексной диэлектрической проницаемости из измеренных параметров матрицы рассеивания в коаксиальной ячейке ... 23
2.5 Сравнение почвенных подложек 26
2.5.1 Торф 26
2.5.2 Лесные опады 27
3 Исследование воды в растительности 33
3.1 Применение рефракционной модели 33
3.2 Тестирование модели диэлектрической проницаемости мягких частей
растительности 38
3.3 Применение теории композиционных смесей для моделирования
диэлектрической проницаемости растительности 39
4 Модельный эксперимент 45
4.1 Отражение от системы слоев 45
4.2 Описание образцов для модельного эксперимента 46
4.3 Описание эксперимента в свободном пространстве 48
4.4 Результаты моделирования коэффициента отражения болотной
растительности 51
4.5 Восстановление влажности образцов 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
Купить

Мониторинг состояния лесов, болот, лугов, сельскохозяйственных угодий средствами дистанционного зондирования на протяжении нескольких лет остается актуальной задачей для ученых. Обнаружение изменения состояния поверхности земли необходимо для обновления карт растительного покрова и рационализации использования природных ресурсов.
В сельском хозяйстве можно получать ценную информацию о состоянии угодий, идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур, состояние урожая, а также о засоренных участках [1, 2]. Из данных мониторинга лесов можно выявить территорию, где производится вырубка или оценить ущерб от пожара, заболеваний растительности [3, 4, 5].
Для Сибирского региона актуальными видами растительности является мхи, лишайники и дикоросы так как в Западной Сибири расположены Васюганские болота - одни из самых больших болот в мире. С 2007 года Васюганские болота являются кандидатом на включение в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Сейчас растительный мир болот находится под угрозой в связи с освоением территории при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, отчуждение и техногенное загрязнение территорий, климатические изменения, вызывающие иссушение болот [6], изменение видового состава болотной растительности. Кроме того, падающие вторые ступени ракет-носителей, стартующих с космодрома «Байконур», вносят на территорию остатки несгоревшего гептила [7, 8]. Дистанционное зондирование болотной растительности играет важную роль для сохранения природных комплексов и ограничения хозяйственного использования.
Целью диссертационной работы является создание математической модели, связывающей диэлектрические и физические свойства (влажность, плотность и размер волокон) болотной растительности.
Объектом исследования являются образцы болотной растительности, привезенные с разных регионов России.
Методы исследования. В соответствии с поставленными задачами в диссертационной работе используется комплексный подход, сочетающий в себе численные расчеты и экспериментальные методы.
Экспериментальное исследование электромагнитных параметров нескольких видов болотной растительности проводилось с помощью коаксиальной линии и метода свободного пространства.
Для достижений целей требовалось решить следующие задачи:
а) проведение литературного обзора по методам дистанционного зондирования Земли и моделям диэлектрической проницаемости растительности;
б) проведение измерений диэлектрических параметров образцов болотной растительности и почвенной подложки;
в) построение модели диэлектрической проницаемости растений в естественном состоянии и расчет коэффициентов модели;
г) проведение лабораторного эксперимента по тестированию моделей диэлектрической проницаемости болотной растительности.
На защиту выносятся следующие положения.
Первое защищаемое положение. Влажностные зависимости диэлектрической проницаемости болотной растительности имеют две точки излома в области 15-20 % и 30-50 % объемной влажности.
Второе защищаемое положение. Применение формул теории композиционных смесей, соответствующих разным видам растений, для моделирования влажностных зависимостей позволяет уменьшить погрешность определения влажности не менее, чем на 10%. Для восстановления влажности поверхности, поросшей кустарниками, наименьшей отклонением от измеренных значений дает модель Рейлиха- Оделевского для вытянутых включений. Для моделирования мхов и лишайников с малоразветвлённой структурой наилучшее совпадение с экспериментом имеют модели Бруггемана и Дульнева-Заричника. Для моделирования мхов с листочками - модель Бруггемана для пластинчатых включений.
Новизна полученных результатов заключается в применении теории композиционной смеси для моделирования диэлектрической проницаемости болотной растительности в целях дистанционного зондирования.
Достоверность результатов измерений диэлектрической проницаемости подтверждается удовлетворительным согласием с данными, полученными другими методами и авторами.
Полученные результаты могут быть использованы:
а) для целей мониторинга почв и растительных ресурсов, а также мониторинга их влажности;
б) для целей экологического контроля состояния болот.
Купить