Применение аэрофото и космических методов в изучении гидрологических процессов

Как было отмечено ранее, каждая группа природных объектов характеризуется определенными физическими характеристиками. В связи с этим, для каждого типа объектов применяются определенные виды съемок в заданных диапазонах и с необходимым разрешением. Не являются исключением и гидрологические объекты Земли, которым присущи индивидуальные (отличительные) особенности.

Для регистрации излучений водных объектов применяются несколько видов съемки, среди которых необходимо назвать фотосъемку, ИК-съемку, сканерную и радарную. Иные виды съемок применяются значительно реже вследствие низкого качества получаемых снимков.

В гидрологической группе объектов выделяется несколько подгрупп, которые отличаются между собой. Стоит вспомнить лишь о том, что вода на земной поверхности может находиться в трех агрегатных состояниях и каждая фаза характеризуется определенными физическими свойствами. Кроме того, всю гидросферу можно разделить на две большие части: океаны с морями и внутренние воды. Таким образом, изучение гидрологических объектов удобнее проводить согласно вышеизложенному делению.

Океаны и моря.

Регистрация температур поверхности океана. С помощью ИК съемки определяются температуры поверхностных слоев воды в океанах и морях. Благодаря современным технологиям стало возможным наблюдение за температурным полем поверхности океана в режиме реального времени (On-line) и помимо изучения собственно температур воды, ИК съемка дает материалы для исследований динамических процессов в океане (течений, океанических вихрей, фронтов, апвеллингов и др.).

Измерения уровня океана стали возможными при спутниковой радиоальтиметрии с точностью до 5 см. Глобальная топографическая картина водной поверхности позволяет определить отклонения уровня водной поверхности от геоида в зависимости от различных природных факторов. Изучение морских волнений производится с целью предупреждения морских судов о районах разрушительных штормов.

Исследование мутности океана, распределения фитопланктона и (биопродуктивности) определение биопродуктивности океана производят в видимом диапазоне спектра. Так четко выделяются мутные прибрежные полосы волнового перемешивания, «конусы выноса» твердого стока в устьях рек. Так, как спектральная отражательная способность воды зависит от содержания в ней взвесей для изучения глубинного распределения и концентрации взвешенных частиц используют снимки различных спектральных зон. Помимо снимков, производят наблюдения за мутностью водных масс в режиме реального времени, что наиболее информативно.

Тепловая и фотосъемка позволяют определить состояние ледового покрова морей и его изменение. Материалы данных наблюдений исключительно важны для судов северной навигации. Капитан корабля по снимкам определяет дальнейшие действия. Кроме этого по многолетним наблюдениям за ледовым состоянием можно выявить закономерности и ее причины.

С целью батиметрического и тематического картографирования мелководного шельфа (до 40 м) применяется многозональная съемка в оптическом диапазоне. В этом случае получают разноглубинные срезы, что очень удобно для дальнейшего использования информации.

Снега и льды.

Гляциологические объекты характеризуются большой сезонной изменчивостью, распространением в труднодоступных и сложных для наземных наблюдений условиях, что обуславливает необходимость привлечения аэрофото — и космической информации для их изучения. Изучение распределения снежного покрова и его динамики необходимы, прежде всего, для гидрологических прогнозов. Поэтому данные о площади распространения снежного покрова, о динамике его границы должны поступать в обрабатывающий центр оперативно.

Достаточно эффективной методикой определения толщины снежного покрова является гамма-съемка территории его распространения. Снежному покрову свойственно ослабление гамма-излучения радиоактивных элементов почвогрунтов. Погрешности метода достаточно малы, что делает его приемлемым для определения толщины снежного покрова.

Для изучения лавин в горной местности необходимы снимки высокого разрешения, которые позволяют определить потенциально лавиноопасные участки. При удачных (раннелетних) снимках можно рассчитать густоту сети лавиносборов.

Крупномасштабные фотоснимки высокого разрешения позволяют выделить такие формы, как ледники и снежники. В этом случае видны не только границы и площади ледников, но и различимы элементы ледника: фирновая гранича, моренные гряды, зоны крупных ледопадов и др. По динамике снеговой границы делаются попытки прогнозов половодья на реках ледникового питания.

Воды суши.

В исследованиях вод суши аэрофото и космические снимки используются, прежде всего, для гидрологического моделирования (формирование половодья, прогноз стока, снежная гидрология, катастрофические наводнения и борьба с ними, и глобальный водообмен). Гидрологическое моделирование (как и любое другое) представляет собой достаточно сложный процесс обработки большого количества данных, установления связей между отдельными процессами. В итоге на основе вышеизложенных работ выявляются определенные закономерности, которые и применяются для моделирования гидрологических процессов в будущем.

Для расчета примерных сроков половодья и половодного гидрографа необходимо иметь точные данные о влагозапасах территории (в снеге, в ледниках, в водоносных горизонтах). Через определенные функциональные зависимости от гидрогеологических и гидрометеорологических параметров переходят к абсолютным значениям стока воды. Параллельное дистанционное топографирование речной долины позволяет определить степень общественной опасности прогнозируемого половодья.

Изучение ледового режима рек и озер также является достаточно важным мероприятием, т.к. весенние ледоставы на крупных реках представляют собой серьезную опасность. Сроки замерзания водной поверхности озер, а также мощность льда оказывают влияние на жизнедеятельность водных обитателей. Методика определения толщины льда на крупных реках, озерах и водохранилищах основана на импульсной радиолокации ледового покрова. По времени запаздывания импульса, отраженного от нижней поверхности льда к импульсу, отраженному от верхней его поверхности определяется мощность льда. Погрешность метода может возникать из-за наличия снежного покрова на льду. Радиолокационная съемка проводится как наземными носителями, так и дистанционно.

Мониторинг за всеми составными частями гидросферы позволяет выяснить реальную картину глобального водообмена со всеми расходными и приходными частями. Это позволяет понять сущность некоторых природных явлений и процессов, недостаточно изученных до настоящего времени.