Анализ ландшафтных структур по материалам многозональной аэрокосмической съемки

Ландшафтный анализ аэрокосмических снимков, как известно, базируется на использовании как прямых, так и косвенных дешифровочных признаков. Среди прямых признаков важнейшими признаны тон (или цвет) и рисунок дистанционного изображения. С внедре­нием в практику дистанционных исследований многозональной съем­ки информационный потенциал оптической плотности тона на полу­чаемых АФС и КС значительно возрос. Как было отмечено выше, многозональная съемка породила новый и довольно надежный дешифровочный показатель - спектральный образ. В результате сущест­венно усовершенствовалась ландшафтная интерпретация АФС и КС, что было подтверждено рядом конкретных экспериментов. Мы при­водим описание двух из них.

Лесные и степные ландшафты

Северо-Тургайская равнина находится на северной окраине Тургайской столовой страны. Она имеет пластово-денудационный генезис и характеризуется преобладанием пологоволнистого рель­ефа на абсолютных высотах 200-220 м. С юга равнина обрам­лена четко выраженным структурно-денудационным уступом Тургайского плато, достигающего 250-300 м над уровнем моря. Се­веро-Тургайская равнина сложена континентальными, а в основа­нии морскими осадками палеогена. С поверхности преобладают песчаные слои. У подножия Тургайского плато их сменяют соленосные глины и алевриты. Четвертичные отложения развиты ло­кально и представлены массивами эоловых песков, формирующих системы дюнных гряд и параллельных грив, суглинистыми толща­ми озерных террас, песчаным аллювием мелких речных долин.

Северо-Тургайская равнина находится в сухостепной подзо­не казахстанской степи. В ее ландшафтной структуре преобла­дают степные природные комплексы, используемые большой час­тью в качестве пахотных угодий. Однако в связи с неоднородно­стью геолого-геоморфологических условий на равнине нередки при­родные геосистемы, в той или иной мере отличающиеся от гос­подствующего степного типа. Таковы степные боры на эоловых песках, солонцово-степные литогенные комплексы на соленосных глинах палеогена, солонцово-солончаковые гидроморфные комп­лексы озерных котловин. Все они весьма контрастны по своей спектральной яркости, отчетливо дешифрируются по аэрокосмичес­ким снимкам. Достаточно крупный масштаб аэроснимков позволил выполнить ландшафтное дешифрирование на геосистемном уровне урочищ. Составленные в итоге ландшафтные карты вскрывают внут­реннюю морфологическую структуру изученных ландшафтов. Приме­чательно, что многие из отдешифрированных урочищ представлены несколькими динамическими вариантами, антропогенными модифика­циями, что придает указанным картам не только структурный, но и динамический аспект. Первый из изученных участков приходит­ся на островной степной бор Аман-Карагай, связанный с обширным массивом древнеэоловых песков. Состав урочищ в ландшафте дос­таточно многообразен. Он включает природные комплексы от лес­ных остепненных до сорово-солончаковых. Доминируют лесные остепненные урочища, представленные несколькими видами. Наиболее дифференцированно они отразились на снимках, сделанных в ближней инфракрасной зоне. Помимо сосновых и березово-сосновых остепненных лесов на бугристо-грядовых рыхлопесченых эоловых равнинах, передаваемых темно-серым тоном, на снимках в этой зоне отчетливо читаются осиново-березовые травяные леса, сфор­мировавшиеся в слабодренированных междюнных и межгрядовых понижениях. Они имеют светло-серый фототон изображения. Зарос­ли степных кустарников и участки вторичного березово-осинового мелколесья (жердняка) на всхолмленных рыхлых эоловых песках выявляются в этой же зоне спектра по серому тону с мелкой зер­нистой текстурой. Ни в зеленой, ни в красной зонах их отчетливо отчленить не удается.

В структуре рассматриваемого ландшафта в тесном сопряже­нии с лесными урочищами находятся урочища песчано-эоловых су­хих степей. Они, как правило, занимают наименее переработанные эоловыми процессами полого-всхолмленные участки равнин, сложен­ные относительно уплотненными, иногда карбонатными песками.

С наибольшей полнотой степные урочища дешифрируются по снимкам в красной зоне спектра. Они позволяют отчленить корен­ные составляющие степного инварианта от разнообразных степных модификаций. Если песчано-разнотравно-песчаноковыльные сухие степи, используемые как суходольные сенокосы, имеют на снимках серый фототон изображения, то их пастбищные дигрессионные мо­дификации - светло-серый, почти белый. В то же время на снимках в зеленой и ближней инфракрасной зонах визуально они неразличимы. Примечательна роль в ландшафтах степных песчано-эоловых боров Северного Казахстана гидроморфных лугово-солончаковых природных комплексов. Они сосредоточены в низинах, за­нимая межгрядовые или междюнные дефляционные котловины.

Разнотравно-злаковые луга степных лиманов достаточно от­четливо определяются на снимках во всех рассматриваемых зонах спектра, особенно в красной. Это обусловлено низкой спектральной яркостью их относительно густого растительного покрова, обеспе­чивающего высокое проективное покрытие почвы. На снимках в красной зоне спектра луговые лиманы выявляются по темно-серому фототону и отличаются от темно-серых пятен лесных урочищ отсут­ствием зернистой текстуры фотоизображения.

Сложнее отдешифрировать луговые солончаки, которые на всех зональных снимках по фототону нередко близки к степным участкам. На помощь здесь приходит признак географического соседства: лу­говые солончаки, как правило, располагаются вокруг соровых со­лончаков и дешифрируются в тесном сопряжении с ними.

Возросший информационный потенциал зональных снимков реализуется прежде всего в следующих аспектах: а) тонкой диф­ференциации фототонов и более углубленной их ландшафтной ин­терпретации; б) возможности использования спектральных образов для надежной идентификации геосистем разных типов и видов; в) более четком проявлении рисунка фотоизображения, слагаемого сопряжениями фототонов. В степных районах с их помощью могут быть отдешифрированы геолого-геоморфологические особенности ландшафтов, условия поверхностного и грунтового увлажнения, естественная и культурная растительность, типы и подтипы почв и структура почвенного покрова. В совокупности они раскрывают покомпонентную структуры геосистем, морфологию ландшафтов, их естественные динамические состояния и антропогенные модификации.

Полупустынные и пустынные ландшафты

Второй из описываемых экспериментов преследовал цель ланд­шафтной интерпретации космических снимков, полученных с ПКК «00100-22» многозональной фотокамерой МКФ-6 /10/. Съемка бы­ла выполнена в начале осени. Исходный масштаб снимков 1 : 2000000. Однако, обладая высоким качеством, они выдержива­ют увеличение в несколько раз. Со снимками, увеличенными до масштаба 1:400 000, и шла работа.

Объектами дистанционного исследования стали полупустынные и пустынные ландшафты межгорной Алакольской впадины, расположен­ной на юго-востоке Казахстана между Горными хребтами Тарбагатай на севере и Джунгарским Алатау на юге. Главный геосистемный уровень, на котором шла интерпретация КС, соответствует рангу "ландшафт" ( в региональном понимании этого термина).

Из снимков, выполненных в шести зонах спектра, путем ви­зуального анализа были отобраны наиболее информативные для изу­чения ландшафтной структуры данной территории. На основе этих зональных снимков с помощью прибора МСП-4 были синтезированы цветные снимки с искаженной и резко дифференцированной цветовой гаммой. Вмес­те с зональными черно-белыми снимками они служили исходными моделями дистанционного ландшафтного исследования.

Работа по дешифрированию снимков с ПКК "Союз-22" вклю­чала три этапа: а) предварительное камеральное ландшафтное де­шифрирование с использованием литературных материалов, топогра­фических и тематических отраслевых (почвенных, и геологических) карт; б) маршрутные ландшафтные исследования непосредственно на местности ровно через год после съемки с космического ко­рабля «Союз-22» с целью изучения природных геосистем пример­но в тех же сезонных (подсезонных) состояниях, в каких они бы­ли зафиксированы камерой МКФ-6 из космоса; в) камеральное сос­тавление окончательного варианта среднемасштабной ландшафтной карты региона, оценка и систематизация дешифровочных признаков ландшафтов.

Оптические характеристики ландшафтов аридных равнинных территорий определяются свойствами таких природных компонен­тов, как растительность, почвы, рельеф и слагающие его горные породы. Диагностика выполняется путем анализа главным образом этих компонентов-индикаторов прочих свойств ландшафта. С этой целью используется вся серия зональных черно-белых и цветных синтезированных снимков в их взаимном сопоставлении и допол­нении.

Таким образом, дешифрирование ландшафтной структуры регионов по материа­лам многозональной космической съемки должно опираться на снимки не одной, пусть даже оптимальной зоны, а определенным образом подобранную серию разнозональных снимков.

Если сравнить результаты обоих описанных выше опытов ландшафтной интерпретации материалов многозональной аэрокос­мической съемки, семиаридных и аридных регионов, то они пред­ставляются достаточно сходными. Очевидно, что для идентифика­ции: а) типично зональных степных, пустынно-степных и пустын­ных ландшафтов оптимальными, как правило, являются снимки, выполненные в красной зоне спектра; б) интразональных гидроморфных и полугидроморфных галогенных природных геосистем -солончаковых, лугово-солончаковых, солончаково-солонцовых снимки в голубой (или зеленой), отчасти ближней инфракрасной зонах спектра; в) лесных, лугово-болотных, плавневых, акваль­ных, зарастающих водной растительностью геосистем - снимки в ближней инфракрасной зоне.

Изучение контрастов тонового космического изображения не­избежно подводит исследователя к анализу рисунка, ими создава­емого. Как известно, рисунок КС, в том числе его текстурные особенности, - главный индикатор родовых и подродовых свойств ландшафтов, обусловленных прежде всего их геолого-геоморфоло­гической спецификой. Так, полосчато-ячеисто-зернистый тип рисунка на равнинах Алакольской впадины характеризует пустынные песчано-эоловые бугристо-грядовые ландшафты; вееро­образный рисунок - пустынные ландшафты подгорных галечниковых конусов выноса, расчлененных сухими руслами-промоинами. Свое­образный сотово-губчатый рисунок снимка отражает плановую струк­туру плавневых (озерных и дельтовых) ландшафтов.

Среди прочих дешифровочных признаков ландшафтов Алаколь­ской впадины принимались во внимание геометрические очертания ландшафтных контуров и характер их границ. Они также в опреде­ленной мере диагностируют генезис и структуру природных геосис­тем.

В условиях межгорной впадины, где все слагающие ее ланд­шафты генетически и функционально сопряжены вещественно-энерге­тическими латеральными связями, большое значение в дешифрировании КС принадлежит анализу географического соседства. Ланд­шафты, закономерно сменяя друг друга по мере удаления от гор­ного подножья к центру депрессии, формируют межгорно-котловинную систему ярусности катенарного типа. Каждый ландшафт­ный ярус отличается в этой системе своим высотным положени­ем, большей или меньшей близостью смежных орографических горных барьеров, спецификой формирования аккумулятивного рель­ефа (пролювиального, озерно-аллювиального, эолового и др.), со­ответствующих рыхлых отложений, режимом грунтового и натеч­ного увлажнения и, как следствие, своеобразной ландшафтной структурой.

Межгорно-котловинная ландшафтная катена становится своеоб­разным ключом идентификации ландшафтов по их положению в кас­кадной системе ярусов. Таким путем были, например, дифференци­рованы солончаково-луговые гидроморфные геосистемы: а) оазового происхождения, обрамляющие внешние окраины подгорных кону­сов выноса и связанные с разгрузкой грунтовых вод из пролювиальных галечников; б) приозерные слабодренированные на низких акку­мулятивных террасах. В то же время одни лишь прямые дешифровочные признаки (тон, цвет, рисунок) не обеспечивали их убедительной идентификации по КС.

Итогом ландшафтной интерпретации зональных космических снимков с ПКК «Союз-22» стала среднемасштабная ландшафтная карта Алакольской впадины. Главной таксономической единицей картографирования избраны геосистемы ранга ландшафт. С помощью сочетания фоновых и значковых обозначений на кар­те раскрыта их внутренняя морфологическая структура - состав доминирующих и субдоминантных урочищ. Дешифрирование и соот­ветственно картографирование производилось с детальностью до вида и даже подвида ландшафтов, что вполне обеспечивалось ландшафтным разрешением использованных КС.