Введение к работе
- з -Актуальность.
Учет и прогноз в хозяйственных и социальных целях изменчивости природных ресурсов и условий среды определяются задачами как мониторинга их состояния, так и насущными экологическими проблемами.
Для наиболее рационального использования земельных ресурсов нужна аппаратура и методы исследования для оценки таких параметров подстилающей поверхности, как: влажность почвогрунтов и определение продуктивного влагозапаса, степень минерализации почв, количество биомассы и оценка ее параметров, глубина промерзания, определение уровня грунтовых вод [1.2].
Прогнозирование урожая сельскохозяйственных культур для больших площадей сопряжено с рядом трудностей, основная из которых -неадекватность информационного обеспечения задачи при существующей сети наземных наблюдений. Применение методов дистанционного зондирования и неразрушающего контроля обеспечивает возможность осуществления оперативных обследований больших территорий с помощью авиационных и космических носителей, позволяет существенно расширить информационную базу 'прогноза и получать пространственно распределенные количественные характеристики посевов.
Одним из способов решения этих задач в настоящее время является использование многоканальных радиометрических комплексов для авианосителей.
Фактическим объектом исследования при дистанционном зондировании являются физические параметры подстилающей поверхности, участвующей в сельскохозяйственном производстве. Для их оценки применим косвенный метод, в основу которого положена зависимость собственного радиотеплового излучения подстилающей поверхности от физических характеристик этой поверхности [1]. В работах многих авторов показана возможность решения данных задач в том или ином приближении [3,4]. Основная проблема определения влажности - это глубина слоя, в котором определяется влажность радиометрическими методами. При средней влажности почвы тепловое излучение формируется в слое, составляющем около 0.4 длины волны принимаемого излучения, что составляет около 15-20 см при длине волны 50 см
-4.-[5,6]. Для прогнозирования же урожая надо знать запас влаги в метровом слое.
Целью диссертационной работы являлось:
разработка методики интерпретации данных многочастотного дистанционного зондирования почвенного покрова в СБЧ диапазоне на основе установления взаимосвязей между радиоизлучательными, гидрофизическими характеристиками почв и геометрической структурой поверхности, с целью повышения глубины зондирования и снижения погрешности измерений;
установление взаимосвязи между гидрофизическими характеристиками почв в слое толщиной до 1 м и их отражательными характеристиками в дециметровом диапазоне;
создание аппаратуры для реализации поставленных целей. Научная новизна работы состоит в следующем:
предложена модель послойного определения влажности обработанных почв многочастотным радиометрическим методом, позволяющая достичь приемлемой точности результатов при наличии двух факторов, обычно увеличивающих погрешность и снижающих глубину эффективно'зондируемого слоя, таких, как: поверхностные неровности и неоднородный профиль влажности;
проведены исследования поляризационных характеристик собствен-іого излучения почв с различной геометрической и гидрофизической зтруктурами;
проведены натурные исследования зависимости отражательных характеристик почв от влажности в слое глубиной до одного метра, на гастотах 300 МГц и 900 МГц с использованием в качестве зондирую-іего - шумового сигнала, что позволило ослабить интерференционные ффекты.
Практическая значимость:
разработана и опробована методика послойного определения влазк-ости почв на основе данных многоканального поляризационного ра-иометрического зондирования;
разработаны ъ изготовлены двухчастотный влагомер почв с глуби-ой зондирования до одного метра и макет влагомера материалов с алой влажностью;
экспериментально установлены отражательно-влажностные зависимости для почв на частотах 300 МГц и 900 МГц;
показана возможность использования двухчастотного влагомера для обнаружения неоднородностей в почве и определения уровня грунтовых вод;
использование разработанной методики и аппаратуры в сельском хозяйстве, гидрологии в целях оперативного контроля экологического состояния земельных ресурсов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современной научной аппаратуры. Сходством полученных экспериментальных данных с теоретическими, а также в некоторых случаях с данными экспериментальных исследований других авторов. Научная апробация результатов: Основные результаты работ докладывались автором на юбилейной научно-практической конференции "Вклад вузовской науки в дело ускорения научно-технического и социального прогресса" (ОГПИ, г.Омск, 1986г.); на 27 научной конференции профессорско-преподавательского состава омского политехнического института (Омск, ОПИ, 1989 г.); на втором Всесоюзном симпозиуме "Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами" (Ленинград, 1989 г.)-; на Всесоюзной конференции "Дистанционное зондирование агропочвенных и водных ресурсов" (Барнаул, 1990 г.); на 17-й Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Ульяновск,1993 г.); на научных семинарах в ОмГПУ (Омск, 1986-1995 г.). Алтайском гос. университете (Барнаул, 1994 г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и 3 на правах рукописи. Список работ приведен в конце автореферата. Положения, выносимые на защиту.
поляризационные эффекты, возникающие при излучении периодически неровной поверхности с неравномерным профилем влажности;
методика послойного определения влажности;
отражательные характеристики почв на частотах 900 и 300 МГц. Практическая апробация результатов. Разработанная методика и аппаратура применялись при выполнении работ в рамках подготовки международного проекта "Природа".
Структура и обьен работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения,списка литературы и приложения. Общи обьем
диссертации 206 машинописных страниц, включая 49 страниц рисунков и таблиц, списка литературы из 135 наименований отечественных и зарубежных авторов, приложения на 37 страницах.