Введение 3
1 Обзор предметной области 5
1.1 Гидрологический режим лесных территорий 6
1.2 Обзор методов дистанционного зондирования Земли 7
1.2.1 Исторический экскурс 7
1.2.2 Аэрокосмические снимки 9
1.2.3 Сканерные съемки 9
1.2.4 Радарные съемки 10
1.2.5 Инфракрасная съёмка в тепловом диапазоне 11
1.2.6 Лидарная съемка 11
1.3 Микроволновая съемка со спутника SMAP 12
1.3.1 Характеристики прибора SMAP 13
1.3.2 Формат данных 15
2 Объект исследования 16
3 Используемое программное обеспечение 18
4 Предварительная обработка и анализ данных 20
Заключение 37
Список использованных источников 38
В настоящее время во многих регионах планеты наблюдается ухудшение состояния и усыхание хвойных лесов, вызванное комбинацией различных стрессовых факторов биотической и абиотической природы. На территории Прибайкалья, а именно, в районе хребта Хамар-Дабан усыхание пихты сибирской наблюдается с середины 1970-х гг. Нарушение состояния пихтовых лесов усугубляется падением репродуктивного потенциала и ухудшением естественного возобновления [1].
Процесс усыхания древостоев может длиться от года до нескольких лет. С помощью современных технических средств эти процессы можно отследить. На сегодняшний день существует множество спутников для наблюдения за растительным покровом (RapidEye, Terra/MODIS и др). Однако перспективным инструментом для наблюдения за засухой и ее исследования может стать новейший спутник SMAP, запущенный НАСА в январе 2015 года. Основным его преимуществом является высокое пространственное разрешение снимков относительно других спутниковых радиолокационных пассивных систем. Новый спутник - это два усовершенствованных инструмента, которые работают вместе для максимального получения информации о влажности почвы. Его активный радар работает так же, как вспышка камеры, но вместо передачи видимого света, он передает микроволновые импульсы, которые проходят через облака и умеренную растительность на землю. Его пассивный радиометр работает как естественный свет камеры, захватывает отражаемые СВЧ-излучения. Микроволновое излучение чувствительно к количеству влаги содержащейся в почве. Данные со спутника передаются на сервер каждые 2-3 дня, что позволяет оперативно оценивать информацию. Благодаря собственным алгоритмам обработки данных минимизируется ошибка в расчетах и неопределенность каждого компонента оценки [2].
Целью бакалаврской работы является анализ применимости микроволновой съемки SMAP в оценке гидрологического режима лесных территорий Прибайкалья (хребет Хамар-Дабан).
Задачи работы:
- получить оценки влажности корнеобитаемого слоя на основе спутниковых наблюдений SMAP;
- сформировать временной ряд данных SMAP в виде многослойного растра для исследования динамики влажности почвы в лесах хребта Хамар- Дабан.
- выполнить сравнительный анализ динамики влажности почв, температуры и влажности воздуха.
Данные микроволнового зондирования со спутника SMAP (Soil Moisture Active Passive) позволяют выполнять анализ влажности почвы в пределах корнеобитаемого слоя древесных растений, а также температуры и влажности воздуха.
В ходе работы исследована временная динамика влажности почв лесов Прибайкалья (хр. Хамар-Дабан) в течение вегетационного периода 2015 г. Установлено, что минимум влажности наблюдается в июле.
Прослежена сравнительная динамика влажности почв, температуры и влажности воздуха. Выявлены количественные различия в суточной динамике указанных показателей. Анализ корреляционной зависимости показал, что между влажностью почвы и температурой воздуха существует значимая отрицательная зависимость (r = - 0.65).
Установлено, что максимальное усыхание древостоев наблюдается в зоне минимальных значений влажности почв и максимальной температуры воздуха.
В перспективе, полученные в ходе работы данные могут быть использованы для дальнейшего анализа усыхания древостоев как в Прибайкалье, так и других регионах Сибири.
