Современные направления в аэрокосмических исследованиях

Космические методы — это методы изучения структуры и развития географической сре­ды по материалам космической съемки, полученным с помощью регистрации отраженного сол­нечного и искусственного света и собственного излучения Земли с космических летательных ап­паратов. В основе географических исследований с помощью космических методов лежит теория оптических свойств природной среды, обусловленных взаимодействием солнечного излучения с географической оболочкой. Дешифрирование снимков основано на использовании корреляционных связей между параметрами географических объектов и их оптическими ха­рактеристиками.

В настоящее время географы располагают чрезвычайно разнообразными видами косми­ческой информации, пригодной для исследований 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 снимки земной поверхности являются моделями местности, отражающими реальную географическую ситуацию на момент съемки. Наиболее ценными их свойствами являются: 1) комплексное изображение ландшафтной структуры, включая основные природ­ные и антропогенные компоненты; 2) широкий спектральный диапазон съемки, о чем сказано выше; 3) высокая обзорность снимков (они могут охватывать площади от 10 тыс. км² до полушария Земли в целом); 4) большое разнообразие масштабов съемки (крупнее 1:200000 — 1:100000000); 5) различная периодичность съемки — от десятков минут до десятков лет; 6) многократное покрытие съемкой земного шара.

Космические методы удачно дополняют традиционные наземные и аэрометоды. Их совме­стное использование обеспечивает географические исследования одновременно на локальном, региональном и глобальном уровнях. Естественно, что они активно используются не только в науках географического цикла, но и в геологии, 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.

Большой интерес представляет применение космических снимков при изучении генезиса и истории развития естественных ландшафтов. Приведем примеры дешифрирования археологиче­ских объектов ландшафтно-генетических рядов, форм реликтового рельефа, гидрографической сети, фрагментов древних почв.

Калмыцкими учеными с помощью материалов космической съемки, аэроснимков и назем­ных исследований составлена обзорная археологическая карта Калмыкии, а также археоло­гические картосхемы Сарпинской низменности и зоны черноземельной оросительно-обводнительной системы на площади 25,8 тыс. км². По космическим снимкам опознаны места древних поселений, курганы, руины строений, древняя дорожная сеть, староорошаемые земли, высохшие русла рек, в том числе древние русла Волги.

Применение космических методов исследования дает положительные результаты при изу­чении генезиса географических объектов. По фотоснимкам, полученным с орбитальной станции «Салют» в 1975 и 1978 гг. и с ресурсного ИСЗ «Космос» в 1979 г. было выяснено происхож­дение горного озера Искандеркуль, расположенного к северу от Гиссарского хребта в Таджи­кистане. Ранее относительно его происхождения существовало две различные гипотезы, одна из которых предполагала моренный характер образования озера, другая — его возникновение в результате обвала. Анализ снимков позволил установить, что причиной возникновения озера послужил крупный обвал, вызванный, судя по всему, землетрясением, сопровождавшийся оползнями и селевыми потоками, перегородившими долину р. Искандердарья плотиной высо­той 400 м. Такие исследования крайне актуальны, так как подобное происхождение харак­терно для многих горных озер, в частности для Сарезского озера, возникшего на Памире в 1911 г. в результате образования Усойского завала. Решение вопроса будущего хозяйственно­го использования вод пресных горных водоемов требует всестороннего изучения их происхож­дения.

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.

Для географических исследований разработаны общие принципы и методы обработки ма­териалов космической съемки. Сюда относится дешифрирование космических снимков и других видов дистанционной информации, передача в картографической форме результатов исследо­ваний, проведение картометрического анализа с последующей статистической обработкой дан­ных, применение математических методов для описания географических явлений и выявления закономерностей, осуществление автоматизированной обработки материалов космической съемки, а также моделирование исследуемых ситуаций в фотографической, графической, карто­графической и численной форме.

В основе изучения природной среды космическими методами лежит дешифрирование снимков. По существующей методике оно осуществляется на базе знания географической ситуа­ции на исследуемой территории с привлечением текстовых и картографических материалов, а при необходимости и полевых исследований. Общая методика дешифрирования космических сним­ков к настоящему времени разработана достаточно детально на базе методики, принятой ранее в аэросъемке. Вместе с тем комплексное дешифрирование природной среды имеет свою спе­цифику. Комплексное дешифрирование основано на важнейшем свойстве природной среды — тесной взаимосвязи и зависимости всех ландшафтных компонентов. Большая роль в его осу­ществлении принадлежит индикационному дешифрированию, позволяющему наиболее объек­тивно охарактеризовать современные ландшафты, их связь с геологическими и гидрологиче­скими условиями территории и зависимость от экономических и социальных факторов.

Конечным результатом дешифрирования снимков обычно является составление схем де­шифрирования или географических карт. В настоящее время использование космических сним­ков стало нормой картографического производства. Результаты комплексного географического картографирования показывают высокую достоверность, точность, хорошую сопоставимость отраслевых карт и их уникальное значение для прикладных географических исследований.

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.

Несмотря на короткую историю развития, накоплен обширный опыт применения монито­ринга в различных областях исследования Земли. На основе рекомендаций, выдвинутых на Стокгольмской конференции, в рамках ЮНЕП (программа ООН по окружающей среде) в 1975 г. была создана глобальная система мониторинга окружающей среды, представляющая собой мировую информационную систему непрерывного слежения за состоянием среды в целях ра­ционального использования природных ресурсов.

В настоящее время осуществляются различные целевые системы мониторинга на меж­дународном уровне. 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 нашей стране. Проектируются спутни­ковые системы глобального мониторинга океана и океанических побережий.

В нашей стране формируется Общегосударственная служба наблюдения и контро­ля за уровнем загрязнения природной среды (ОГСНК). В нее входят три подсистемы контроля загрязнения: на локальном уровне в очагах интенсивного антропогенного воздей­ствия, на региональном уровне в областях значительного антропогенного воздействия и на глобальном уровне фоновых природных характеристик. Подсистема фонового мониторинга осуществляется в следующих направлениях: наблюдение за составом, круговоротом и ми­грацией загрязняющих веществ, слежение за ответной реакцией экосистем на воздействие фонового загрязнения, оценка состояния и прогноз изменений экологических систем. Разра­батываются комплексные программы специальной постоянно действующей службы эколо­гического мониторинга с использованием космической информации. По такому же принци­пу в Болгарии создана Единая национальная система наблюдения и информации о состоя­нии природной среды. Кроме того, в настоящее время в России осуществляется целевой космический мониторинг лесопожарной ситуации на базе информации с ИСЗ «Метеор».