Сезонные (подсезонные) состояния и природные ритмы геосистем
Многовременная космическая съемка Земли, проводимая с искусственных спутников типа «Метеор», "Космос", «Ландсат» способна фиксировать природные состояния геосистем, свойственные их годичному динамическому ритму. Если американская система "Ландсат" обеспечивает получение повторных КС одной и той же территории через каждые 18 суток, то в течение года с ее помощью может быть получено более 20 КС, характеризующих сезонные, подсезонные и погодные состояния геосистем. Выстроенные в последовательный ряд, они предстают как модель поведения ландшафта в течение годичного характерного времени, или так называемого годичного ландшафтного этоцикла (цикла поведения).
Известно, что каждый вид ландшафтов обладает достаточно своеобразной динамической структурой года. Поэтому они могут быть различимы не только по структурно-генетическим, но и динамическим свойствам, по их поведению в определенных погодных условиях, сезонах и подсезонах года. Отсюда напрашивается вывод: закономерные смены динамических состояний геосистем в течение определенных характерных времен (сезона, года, многолетних циклов) есть один из стецифических признаков их идентификации. Эти смены состояний, этоциклы, можно использовать в целях комплексного дешифрирования КС. Так, в сухостепных районах уже к середине лета типичные зональные геосистемы характеризуются прекращением вегетации растительных сообществ. Дерновинно-злаковые травостои к этому времени выгорают. Растительность же галофитно-луговых лиманов, солонцово-солончаковых урочищ на низких речных и озерных террасах продолжает вегетировать. Названные группы природных геосистем, смежные территориально, оказываются в равных динамических состояниях, что находит яркое отражение в их космических и аэрофотоизображениях.
Выше было обращено внимание на то, что ландшафты, проходя через серию разных состояний в течение года, по-разному обнаруживают (маскируют или демонстрируют) свою структуру. Динамическое «мерцание» ландшафтных структур на КС и А4С вынуждает придти к выводу о необходимости ландшафтного дешифрирования не одиночных (одномоментных) снимков, а материалов многовременной съемки. В противном случае вполне вероятна неполнота дистанционного ландшафтного анализа.
Сошлемся в связи с этим на один из характерных примеров. А4С средней полосы России (южное Подмосковье, север Калужской обл.) чаще всего изображают лесо-лугово-полевые агроландшафты моренных и водно-ледниковых равнин с дерново-подзолистыми почвами на покровных суглинках. Снимки, фиксирующие летние состояния агроландшафтов, дают немалую информацию об их структуре, но далеко не всю. Любопытны в этом отношении снимки этих же объектов, выполненные в поздневесеннее, раннелетнее время (вторая половина мая - начало июня), когда на пахотных угодьях уже прошла предпосевная обработка почвы, проведен сев яровых культур, но их всходы еще не появились и не маскируют поверхность почвы. На таких снимках отчетливо читается своеобразная пятнистость почвенного покрова пашни. Она была изучена почвоведами и палеогеографами и рассматривается как реликтовое образование палеомерзлотного генезиса. Унаследованная с перигляциальной эпохи позднего плейстоцена, она, однако, существенно сказывается на современных агропроизводственных свойствах пахотных земель. Во всех прочих состояниях, когда на полях размещаются сельскохозяйственные культуры или сохраняется пожнивная стерня, отмеченная структура почвенного покрова дистанционно не улавливается.
К сожалению, для большинства регионов пока нет хорошо подобранных рядов снимков сезонных и подсезонных состояний геосистем. Поэтому дистанционное изучение динамики природных ритмов продвинулось сравнительно недалеко. И все же некоторый опыт подобного рода накоплен.
В течение 1980-1981 гг. у нас в стране была осуществлена космическая съемка с помощью многозональной сканирующей системы "фрагмент" с ИСЗ «Метеор». Она позволила получить многовременные зональные КС, не уступающие по качеству американским снимкам системы «Ландсат». Увеличенные до масштаба 1:400 000, они стали объектами ландшафтно-динамического дешифрирования. Были проанализированы КС на один из степных районов Восточно-Европейской равнины, охватывающий территорию Калачской возвышенности, долины Среднего Дона и Нижнего Хопра.
Выполненные КС представляют местные ландшафты в трех резко отличных сезонных состояниях: позднее-весеннем (середина мая), средне-летнем (конец июля) и осеннем (начало октября). Дешифрирование производилось с использованием всей совокупности названных снимков - и в многозональной, и в многовременной сериях. Помимо черно-белых зональных снимков большую ценность представляли цветные, синтезированные для каждого из указанных сезонов.
Распознавание ландшафтов по КС осуществлялось с учетом как неоднозначной спектральной яркости объектов дешифрирования, так и естественных и антропогенных смен их сезонных (подсезонных) состояний. Основная работа была выполнена по КС в красной зоне спектра, наиболее дифференцированно представляющей пахотные и пастбищные степные и лугово-степные земли. Ценная информация получена также со снимков в ближней инфракрасной и отчасти зеленой зонах, которые позволили выявить детали структуры пойменных - лесо-луговых урочищ и овражно-балочных - лугово-степных и байрачных (лесных).
Однако главное внимание было сосредоточено на другом аспекте проблемы - использовании в ландшафтном дешифрировании преимуществ разносезонной космической съемки. Исследование показало, что сельскохозяйственные степные ландшафты балочно-увалистой Калачской возвышенности выглядят на разносезонных КС в разной мере дифференцированно. Так, на майских снимках в оранжевой и даже красной зонах спектра возможности раздельного дешифрирования распаханных плакоров, прибалочных склонов, овражно-балочной сети, байрачных и нагорных дубрав сравнительно невысоки. В указанный сезон еще недостаточно ощущаются контрасты их спектральной яркости. Другое дело - космические изображения второй половины лета (конец июля). Они отлично дифференцируют многие морфологические элементы местного ландшафта. Например, на КС в оранжевой зоне байрачные леса и нагорные дубравы имеют темно-серый цвет, так как лиственные и кустарниковые породы сохраняют в это время года темно-зеленый аспект. Тогда как степной травостой и созревшие хлеба на полях уже подсохли и обусловливают светло-серый или серый тон космического изображения на степных увалах и балочных склонах. На КС в ближней инфракрасной зоне того же времени года контраст между указанными природными и сольскохозяйственными объектами не менее значителен, но выражен обратным соотношением тонов: белый и светло-серый относятся к лесам, серый - степным пастбищам и посевам зерновых. Объясняется это тем, что в ближней инфракрасной зоне электромагнитного излучения вегетирующая растительность (в данном случае леса) достигает наивысших показателей коэффициента спектральной яркости.
Наконец, на осенних (октябрьских) снимках как в оранжевой, так и красной зонах спектра овражно-балочная сеть, лесные и степные урочища просматриваются не' без труда, потому что леса лишились листвы, степной травостой усох, а покров озимых на пахотных землях только формируется - контраст объектов дешифрирования невелик. Осенняя съемка в ближней инфракрасной зоне дает снимки с немного более контрастной гаммой тонов.
Аналогичная сезонная (подсезонная) динамика свойственна ландшафтным аспектам песчаных надпойменных террас Дона и его притоков. Частично залесенные, но большей частью степные и даже опустыненные, с развеваемыми песками - кучугурами, они наиболее контрастны по своей морфологии и уверенно распознаются по летним снимкам в красной и ближней инфракрасной зонах. По КС в красной зоне легко различаются песчано-террасовыё урочища с сосновыми и березовыми лесами, пески, заросшие степной растительностью и полуобнаженные подвижные. Наиболее достоверная идентификация террасовых - лесов по породному составу обеспечивается летними снимками в ближней инфракрасной зоне.
Что касается пойменных ландшафтов, то самое лучшее представление об их морфологической структуре дают КС поздневесенней съемки - после схода половодья; особенно в зеленой и ближней инфракрасной зонах. В начале вегетационного периода весьма контрастные аспекты здесь создают лесные, луговые, лугово-болотные и лугово-степные урочища разных высотных уровней поймы. В разное время вышедшие из-под полых вод, они находятся в неодинаковых динамических состояниях, В то время весьма широк диапазон спектральных яркостей названных урочищ. Он заметно сужается летом, снова возрастая к началу осени.
Так, идентифицируя один ландшафт за другим с варьированием зональных и многовременных разносезонных снимков, удалось выполнить ландшафтное дешифрирование Калачской возвышенности и смежных территорий с дробностью до географических местностей и урочищ. Одним из итогов работы стала серия среднемасштабных карт региона: ландшафтная, эрозии почв, агроландшафтная.
Как видно, ландшафтное дешифрирование на основе материалов многозональной и многовременной космической съемки предполагает двоякий подход. С одной стороны, идет поиск оптимальных для каждого ландшафта зон съемки, с другой - не менее оптимального в аспективном отношении сезонного (подсезонного) состояния ландшафтов. Когда удается найти наилучший вариант совмещения того и другого, тогда и достигается наибольший успех. При этом каждый вид ландшафта предстает в своей особой яркостно-динамической специфике.
Сказанное позволяет заключить: 1) тоновая гамма космических изображений ландшафта зависит от спектральных яркостей слагающих его антропогенных и природных элементов, в свою очередь зависящих от их динамических (сезонных, подсезонных, погодных) состояний; 2) эталонирование КС ландшафтов нельзя ограничивать одномоментными снимками; оно должно включать многовременные дистанционные модели, выполненные на многозональной основе; 3) в целях структурно-динамического дешифрирования для каждого вида (группы видов) ландшафтов необходим оптимальный набор. КС, как определенных спектральных зон, так и сезонных (подсезонных) состояний.
При достаточно частой повторности аэрокосмической съемки возможно дистанционное слежение (мониторинг) за многими природными режимами, свойственными ландшафтам. Среди них: становление и сход снежного покрова, ледостав и разрушение ледового покрова на реках и озерах, прохождение половодий и паводков, основные фазы вегетации естественного растительного покрова, технологические циклы обработки сельскохозяйственных земель и фенофазы возделываемых культур. Таким образом динамические ритмы жизни ландшафтов становятся вполне доступными объектами дистанционного исследования в условиях многовременной аэрокосмической съемки.