CC BY
20
появление на пролете многочисленных стай мигрирующих птиц позволяет считать этот водоем важным с позиций сохранения биоразнообразия локального и регионального уровня.
1. Уланова, С.С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях. М.: РАСХН, 2010. 263 с.
2. Гарбук, С.В. Космические системы дистанционного зондирования Земли / С.В. Гарбук, В.Е. Гершензон. М.: Изд-во А и Б, 1997. 296 с.
3. Егоров, В.В. Классификация и диагностика почв СССР / В.В.Егоров, Е.Н.Иванова, В.М. Фридланд. М.: Колос, 1977. 225 с.
4. Ковда, В.А. Происхождение и режим засоленных почв / В.А. Ковда. М.-Л: Изд-во АН СССР, 1946. Ч. 1. 235 с.
5. Бакташева, Н.М. Флора Калмыкии и ее анализ. Элиста: Джангар, 2000. 136 с.
6. Иванов, В. В. Определитель растений Северного Прикаспия: Маревые, Лилейные. Л.: Наука,
1989. 96 с.
7. Станков, С.С. Определитель высших растений Европейской части СССР / С.С. Станков, В.И. Талиев. М., 1957. 741 с.
8. Черепанов, С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР) [текст] / С.К. Черепанов. Л.: Наука, 1995. 990 с.
9. Серебряков, И.Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высш. шк., 1962. 378 с.
10. Горышина, Т.К. Экология растений. М.: Высш. шк., 1979. 369 с.
11. Шитиков, В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации /. В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.
12. Уланова, С.С. Экологическое состояние искусственных водоемов Калмыкии, оцененное по показателю химического загрязнения ПХЗ-10 / С.С.Уланова, Н.М. Новикова // Вода и химия. 2017. № 4 (апр.). С. 10-21.
13. Карандеева, М.В. Геоморфология Европейской части СССР. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1957. 315 с.
14. Карта растительности Европейской части СССР [Карта] / отв. ред. Т. И. Исаченко, В. М. Лавренко. 1:2 500000. М.: АН СССР. Бот. ин-т им. В. Л. Комарова, 1974.
15. Цуркан, С.Я. Определение суммарных ресурсов пресной воды для сельхозводоснабжения и обводнения пастбищ КАССР / Отчет Всесоюзного НИИ гидротехники и мелиорации ВНИИГиМ. Элиста,
1990. 46 с.
ЯНОВА М. В.
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА В РФ: МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ, ПОДХОДЫ В ОРГАНИЗАЦИИ
Аннотация: В статье приводятся некоторые результаты анализа атмосферных волновых структур в тропической и субтропической атмосфере, показывая роль и значение проблемы климатических изменений, результаты анализа длительных временных рядов наблюдений за основными геофизическими параметрами.
Ключевые слова: космические исследования, загрязнение ресурсов, околоземное пространство, изучение планеты, космический летательный аппарат, полеты, космические съемки, оптико-электронные космические съемочные системы.
Космические исследования позволяют решать наиболее актуальные и важные проблемы сегодня. Это предохранение водных бассейнов и воздуха от загрязнения, изучение ресурсов, исследование удаленных и труднодоступных районов страны и др. При полетах каждого космического летательного аппарата одним из методов изучения планеты, околоземного пространства, Луны и происходящих на ней процессов является метод фотосъемки из космоса, который занимает важное место в программе
исследований. Космическая фотосъемка длительный период времени была представлена в учебном пособии Н.П. Лаврова, в котором был приведен материал по динамике движения космических летательных аппаратов (КЛА), параметрам орбиты и особенностям полета на Луну и планетам Солнечной системы. Рассмотрены системы КЛА и их конструктивные особенности, а также характерные схемы, методы и средства космической съемки, оптико-электронные космические съемочные системы, многозональные камеры и системы комплексного управления процессом космической съемки. Изложен и систематизирован материал по информационным параметрам съемочного процесса. Отслеживание учебного процесса проходило под руководством преподавателей кафедры фотограмметрии Новосибирского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографирования лауреатом Государственной премии СССР, д.т.н., профессором Н.С. Кондауровым, ценные замечания на начальном этапе были высказаны д.т.н., профессором В.Д. Большаковым. Фотографирование Земли и Луны впервые было выполнено в Московском ордена Ленина институте инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии в содружестве со специалистами ряда организаций, космонавтами, выполнявшими космическую съемку. Программа космических исследований, осуществляемая еще в СССР, была направлена на использование достижений космонавтики для нужд народного хозяйства и научно-технического прогресса.
Начало практическому использованию метода космического фотографирования было положено автоматической станцией «Зонд-5», запущенной в СССР в сентябре 1968 г., на которой был установлен комплект космической съемной аппаратуры с электронным блоком управления. Решение проблемы возвращения автоматической станции на Землю открыло новые возможности изучения объектов земной поверхности с помощью прецизионных фотографических оптико-электронных систем, обеспечивающих разностороннюю информацию, отображенную на снимках. Впервые после облета Луны была осуществлена посадка полученных пленок и проведена их фотохимическая обработка в условиях, обеспечивающих высокое качество информации. Стартовавшие затем советские автоматические космические станции «Зонд - 6, 7, 8», также оборудованные космической съемочной аппаратурой, открыли новый этап в исследовании Луны, планеты Земля и околоземного космического пространства. Земная поверхность была впервые сфотографирована на цветную пленку с борта пилотируемого космического корабля «Восток-2» Г.С. Титовым [1]. Большую роль в познании окружающего нас мира, изучении космического пространства, поверхности Земли и других планет играют методы регистрации и хранения информации фотографическими и электронно-оптическими системами, которые подразделяются по характеру регистрации на: фотографические, когда приемником лучистой энергии является светочувствительный слой, а ее передача для последующего хранения и обработки осуществляется с помощью радиосредств; телевизионные, когда регистрация информации об объекте производится на телевизионные трубки, а ее передача с запоминающих устройств для поступающей обработки и хранения осуществляется с помощью радиосредств; электронные, когда запись изобращения производится на магнитные ленты. Методы можно также подразделить по специальным характеристикам, т.е. по каналам, позволяющим регистрировать информацию об объекте в том или ином диапазоне спектра, по оперативности получения информации - на пассивные и активные. Небезызвестно, что в задачу входит изучение методов и средств получения фотографической информации, изучение условий проведения космической съемки, оптических характеристик объектов, методов и средств фотохимической обработки материалов съемки, изучение качественных показателей изображения и методов их определения, изучение возможностей применения материалов съемки для исследования природных ресурсов Земли. Неотъемлемой частью техники космических исследований является фототелевизионные, фотографические и электронные системы, измерение геометрических параметров фотографирования, управление съемочной системой, обеспечивающих синхронную работу всех камер в момент экспонирования, а также регистрацию временных и других параметров. Методы космической съемки, применяемые при изучении природных ресурсов Земли, имеют преимущества по сравнению с наземными и самолетными. Материалы обладают хорошей обзорностью и детальны, обуславливая экономичность метода космической съемки. Задачи применения космических съемок в разных зонах спектра можно подразделить на шесть направлений: планетарные исследования; высокоточные измерения материалов космической съемки для целей картографии, фотограмметрии; изучение и рациональное использование природных ресурсов Земли; исследование Мирового океана; исследование редких явлений, загрязнений атмосферы и океана, охрана окружающей среды; разработка методов и средств космической фотосъемки и обработка полученной информации. Производятся геодезические и картографические работы, выполняемые по материалам космической съемки в проведении комплексных исследований в области
картографии, геодезии, геологии, метеорологии, океанографии, изучении природных ресурсов и др. [2] методами индикации в видимой и инфракрасной зонах спектра космических методов изучения Земли в изучении основных областей применения материалов космических съемок поверхности Земли. В начальный период формирования науки остро стоял вопрос о создании общей информационной базы.
Так, Д.В. Лисицким были рассмотрены основные принципы цифрового картографирования местности, их сущность и современное состояние как важного направления в ускорении научно-технического прогресса в топографико-геодезическом производстве, изложены теоретические основы, показана роль в комплексной автоматизации полевых и камеральных работ [3]. Автором было описано состояние технической базы в СССР, включающей автоматизированные средства измерений и регистрации данных, вычислительную и микропроцессорную технику, графопостроители, дисплеи и т.д. Д.В. Лисицкий показал содержание и структуру цифровой модели местности (ЦММ), информационных систем и банков топографо-геодезических данных. По сути дела, возникла проблема обеспечения соответствия топографических материалов действительности на стадии планирования, проектирования, строительства, практически на любом этапе производства [4]. С учетом необходимости наращивания объемов работ при сокращении трудовых затрат перед топографо-геодезическим производством встала задача широкой автоматизации полевых и камеральных процессов на основе фотограмметрических приборов, микропроцессорной и лазерной техники, дигитайзеров, средств интерактивной графики, основанных на цифровых методах картографирования.
На данном этапе развития науки рассматривались следующие задачи: создание общей научно-методической основы, т.е. теории цифрового картографирования; проектирование и комплектование технической базы автоматизации полевых и камеральных работ; разработка высокопроизводительных технологий полевых и камеральных работ и автоматизированных систем картографирования; составление специального программного обеспечения для ЭВМ; подготовка кадров к новым видам и формам организации производства; создание автоматизированных информационных топографо-геодезических систем на основе банков данных; разработка технологий, пакетов программ и организационных мероприятий, обеспечивающих использование в различных отраслях народного хозяйства цифровых моделей местности. Цифровое картографирование в области крупномасштабных работ и автоматизации полевых и камеральных процессов были выполнены в Научно-исследовательском институте прикладной геодезии (НИИПГ) ГУГК СССР в составе И.Т. Антипова, К.Л. Проворова, С.С. Перлова, А.Н. Тимофеева и др. Авторским коллективом: И.В. Самохвалова, Ю.Д. Копытина, И.И. Ипполитова, Ю.С. Балина, В.В. Зуева, В.М. Климкина, С.В. Лазарева, Г.Г. Матвиенко, В.М. Митченкова, А.В. Соснина, Г.С. Хмельницкого, В.С. Шаманаева, А.Э. Дудельзака были обобщены результаты исследований лазерного зондирования оптически активного слоя земной атмосферы и подстилающей поверхности на примере вод внутренних водоемов, а также морей и океана. Так, цели исследования включали определение оптических характеристик атмосферного аэрозоля, включая облачные образования, были исследованы вертикальные профили коэффициентов обратного рассеяния; структура аэрозольных неоднородностей и использования этих неоднородностей для измерения скорости ветра в атмосфере; изучение параметров облачных образований и диагностики фазового состава облаков; проведена диагностика газового состава атмосферного воздуха и определение метеорологических параметров различными методами с использованием источников ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра; были выявлены наиболее перспективные методы зондирования природной среды на основе нелинейных и когерентных эффектов. В результате исследования был изложен метод дистанционного спектрохимического анализа состава атмосферного аэрозоля и высокочувствительный метод приема на лазер обратно рассеяного излучения, были достигнуты результаты по использованию упругого и неупругого рассеяния для получения информации о структуре и свойствах поверхностного слоя воды.
Данная постановка проблемы и основные направления ее изучения были определены академиком Б.Е. Зуевым, отзывы и внешние рецензии были даны И.Э. Наацым, В.С. Смирновым, Н.В. Степановой, Т.М. Гладких [5]. Большой вклад в разработку программного курса «Аэрология» был внесен научным редактором С.М. Шметером, в работе над проектом большую помощь оказали материалы Н.А. Зайцевой и В.И. Шляхова, дополнительные материалы предоставили сотрудники ЦАО В.А. Якушин, Ю.М. Чернышенко, Н.Е. Кургузов, Б.П. Зайчиков, А.В. Литинецкий.
Авторами было выполнено и дано системное описание приборов, разработаны методы экспериментальных исследований атмосферы и перспектив развития аэрологических методов, методы искусственного воздействия на облака и туманы [6]. Параллельно с учеными СССР шел процесс изучения и использования аэрокосмической информации в геологии и других областях науки и хозяйственной
деятельности за рубежом. Так, известным ученым из ФРГ П. Кронбергом были выполнены исследования физических основ дистанционного зондирования, поглощающих свойств атмосферы и особенностей изучения земных поверхностей. Данные приведены П. Кронбергом в исследовании «Дистанционное изучение Земли: основы и методы дистанционных исследований в геологии» (М.: «Мир»,1988), в котором детально представлены особенности изучения земных поверхностей разного типа, новые результаты аэрокосмических измерений спектральных характеристик различных природных образований, специфика многозональных фотографических, телевизионных и сканирующих систем.
Перевод с немецкого языка был выполнен д. г.-м. н. В. А. Бушем и к. г.-м. н. В. П. Колчановым и С. Ф. Скобелевым под редакцией д. г.-м. н. В. Г. Трифоновым. Так, П. Кроньерг получил известность благодаря своим исследованиям в геологии по тектонике Центральной Европы, Греции, Ирана и района Красного моря, выполненных на основе материалов космических съемок. Данная монография является продолжением предыдущей работы автора «Photogeologie. Eine Einfuhrung in die Grundlagen und Methoden der geologischen Auswertung von Luftbildern (1984) - Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart» («Фотогеология. Введение в основы и методы геологического применения аэроснимков»). Известен также ряд обобщающих работ по отдельным разделам космической геологии. Особое место среди изданий последних лет занимает опубликованная у нас в 1983 г. коллективная монография «Космическая информация в геологии» под редакцией В. Г. Трифонова (М. : «Наука», 1983), предоставляющая результаты переработки различных аспектов геологического применения материалов космических съемок без средств получения и обработки информации.
Таким образом, П. Кронберг суммировал методы и взгляды на космическую геологию, определяющие ее развитие за рубежом. Дистанционный мониторинг процессов и явлений в морских экосистемах длительный период изучался учеными в составе авторского коллектива С.В. Станичный, Ю.Б. Ратнер, Д.М. Соловьёв, Р.Р. Станичная, А.А. Кубряков, А.Ю. Антонюк в рамках проекта Морского гидрофизического института НАНУ в Севастополе. На основе данных дистанционного зондирования рассмотрена роль изменчивости ветровых условий на характеристики морских экосистем в Чёрном, Азовском и Каспийском морях. Были приведены примеры отклика концентрации хлорофилла на временных масштабах от нескольких дней до межгодовой изменчивости. Отмечена роль мезомасштабных процессов, определяющих транспорт биогенов, на формирование пространственной структуры поля концентрации хлорофилла в Северо-западной части Чёрного моря. Поскольку особенностями современной науки является космический мониторинг, центральную часть которого составляют системы, оснащенные спутниковыми технологиями наблюдения, то базовыми источниками информации в системе служат метеорологические спутники NOAA, позволяющие, помимо снимков облачности и земной поверхности, после обработки данных зондирования морской поверхности получать карты температуры поверхности океана и ледовой обстановки; спутники NavStar (GPS), отвечающие за точное пространственное позиционирование судов; спутники Инмарсат, обеспечивающие обмен информацией между промысловыми судами и центром мониторинга. Так, например, в Дальневосточном регионе в систему входят центр мониторинга КЦСМ, обеспечивающий сбор данных, и коммутационный центр ИКИ РАН, отвечающий за транспортировку информации на информационные узлы пользователей системы мониторинга. В техническом плане система является совокупностью программно-технических средств и систем решения задач автоматизированного приема, обработки, хранения и распространения данных и включает в себя: телекоммуникационную систему, вычислительный комплекс, общесистемные и прикладные программные средства, которые отражают возможности решения таких задач на примере взаимодействия системы дистанционного мониторинга лесных пожаров МПР РФ и действующего макета системы мониторинга критически важных и опасных объектов, отражая варианты организации такого взаимодействия, которые обеспечивают интеграцию информации различных систем и получение на ее основе новых информационных продуктов, позволяющих решить задачи, выходящие за рамки отдельных отраслевых систем. В работе приведен пример организации такого взаимодействия, которое позволило избежать дублирования функций в разных системах и минимизировало работы по созданию интерфейсов, обеспечивающих обмен данными.
Информационная система космических данных для междисциплинарных научных исследований стихийных бедствий исследована В.П. Саворским во Фрязинском отделении Института радиотехники и электроники РАН. Автором предложена и обоснована принципиальная архитектура информационной системы космических данных (ИСКД) для поддержки научных исследований стихийных бедствий (СБ). Предлагаемая архитектура основывается на выделении в составе ИСКД двух базовых подсистем (компонент): 1) проблемно ориентированной компоненты ИСКД, которая призвана обеспечивать
восстановление геофизических параметров, описывающих состав и состояние исследуемых объектов, а также реконструировать пространственно-временную эволюцию этих описывающих параметров, 2) проблемно инвариантной компоненты ИСКД, обеспечивающей глобальный поиск и доставку исторических (т.е. уже включенных в состав архивов) наборов космических данных для районов, в которых произошли катастрофические или опасные природные явления заданного класса, а также подготовку оптимального (т.е. минимизированного по затратам и времени на его доставку) плана заказа на получение новых наблюдательных данных. Основной целью в развитии ИСКД СБ является создание средств и способов поддержки междисциплинарных научных исследований районов с высокой вероятностью стихийных бедствий. Эта поддержка предусматривает поставку данных космических наблюдений и результатов их обработки, а также предоставление сопутствующих сервисов, облегчающих и способствующих усвоению передаваемых информационных продуктов. В качестве первичного объекта для сбора космических данных обоснован выбор сейсмически и тектонически активного района Северного Кавказа. На последующих этапах развития в состав системы будут включены также данные по Камчатке и Прибайкалью. В настоящее время можно выделить две основные тенденции применения ГИС и данных ДЗЗ в агроэкономике. Первая из них относится к решению макроэкономических задач, связанных с продовольственной безопасностью на уровне крупных регионов и на государственном уровне, а вторая затрагивает решение задач на микроуровне, т.е. на уровне отдельных сельхозпроизводителей (точное земледелие и др.). Пионером в этой области были США, начавшие подобные работы в середине 60-х гг. ХХ в. Основные работы по созданию методики оперативного мониторинга и прогнозирования урожайности велись в лаборатории LARS университета Пэдью штата Вашингтон. В настоящее время Национальная статистическая служба Министерства сельского хозяйства США активно использует данные ДЗЗ и ГИС для прогнозирования урожайности как в самих США, так и в странах-конкурентах на мировом рынке сельхозпродукции. В Европейском сообществе подобные работы начались в 1988 г. по программе MARS (Monitoring Agriculture with Remote Sensing) в Объединенном исследовательском центре Европейской комиссии (г. Испра, Италия), которая в настоящее время находится в промышленной эксплуатации. Основой системы является Crop Growh Monitoring System (CGMS) - система мониторинга развития сельхозкультур. Надо отметить, что специфика сельхозугодий в Европе по сравнению, например, с США или Россией (множество участков сравнительно небольшой площади) приводит к необходимости использования снимков высокого разрешения и, соответственно, к повышению операционных расходов. В настоящее время объявлена программа присоединения к проекту MARS всех заинтересованных стран.
На постсоветском пространстве наиболее продвинулся в создании общенациональной системы космического мониторинга сельскохозяйственного назначения Казахстан (ИКИ РК). Для прогноза урожайности применяется модифицированная модель WOFOST. В начале 2004 г. была принята государственная программа, в рамках которой предусмотрен космический мониторинг основных зерносеющих областей Казахстана. На Украине система прогнозирования урожайности культур и мониторинг условий вегетации и оценки потерь на основе рационального совмещения традиционных систем сбора и наблюдения с материалами разномасштабных систем дистанционного зондирования создается центром «ГИС Аналитик» совместно с отделом прогнозирования методами ДЗЗ Института статистики Госкомстата Украины.
В конце 2003 г. в РФ ГВЦ Минсельхозпрода сдал в опытную эксплуатацию систему получения данных ДЗЗ через Интернет «Агрокосмос», которая позволила с использованием ГИС получать и отображать на карте индексы NDVI по отдельным экспериментальным территориям (Ленинградская, Ростовская, Калужская, Липецкая области, Краснодарский край) и некоторую другую информацию. Система разработана совместно с Институтом космических исследований РАН.
В целом, несмотря на наличие очень интересных и перспективных разработок, использование данных ДЗ и ГИС в интересах сельского хозяйства в Российской Федерации методические разработки находятся на начальном этапе [7]. Расширение исследований по изменениям природной среды и климата, задачи улучшения прогноза и уменьшения ущерба от стихийных и техногенных явлений вызывают интерес к проблемам доступа к данным космических наблюдений и интеграции региональных спутниковых архивов в общеевропейскую распределенную систему обмена данными. При решении задач информационной поддержки космического экологического мониторинга оказывается перспективным переходить от разработки информационных систем, ориентированных на индивидуальные разделы науки, от традиционного накопления данных одного конкретного проекта, данных одной космической миссии к интеграции спутниковых данных междисциплинарных исследований Земли из космоса. Усилиями Европейского космического агентства в последние годы успешно развивается информационная система
INFEO (Information about Earth Observation), объединяющая архивы мировых поисковых систем наблюдения за Землей. INFEO предоставляет пользователям специализированные интерфейсы доступа к данным, что обеспечивает долговременное хранение данных и позволяет производить поиск коллекций данных [8]. Разработка обеспечивает научному сообществу возможность распределенного доступа к каталогам региональных и международных центров экологического мониторинга с целью проведения региональных исследований характеристик окружающей среды из космоса.
Региональный аспект исследований окружающей среды важен как для понимания связей между изменениями региональных компонент и их последствиями на глобальном уровне, так и для поведения системы Земля в целом. Значительно сократится время доступа к данным орбитального мониторинга природной среды, т.к. каталоги региональных спутниковых архивов доступны для распределенного поиска через главный узел системы. В результате работы Второй открытой Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса» был разработан проект INFEO. Данный проект экономически выгоден, так как способствует интеграции данных о состоянии окружающей среды, обеспечивает возможность коллективной работы со спутниковыми данными, обеспечивает многопользовательский доступ к каталогам региональных и международных спутниковых архивов. Поддерживается поиск данных единым запросом одновременно в каталогах региональных центров мониторинга России и во всех спутниковых архивах международной системы обмена космической информацией. Разрабатываемая электронная библиотека предоставит широкому кругу исследователей свободный доступ к результатам регулярного мониторинга природных и техногенных явлений, к спутниковым данным о территориально распределенных явлениях. В данном направлении были представлены совместные разработки АНО «Космос-НТ» и ИКИ РАН в области цифровых систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в видимом и ближнем ИК диапазонах электромагнитного спектра - цифровая топографическая авиационная стереокамера ЦТК и универсальная многозональная камера ЦМК-70.
Авиационные цифровые камеры ЦТК-140 и ЦМК-70 представляют собой аппаратно программные комплексы, предназначенные для проведения воздушной стереосъемки земной поверхности с целью создания топографических карт масштабов от 1:1000 и решения широкого круга прикладных задач. В частности, данные комплексы могут эффективно использоваться для оперативного мониторинга потенциально опасных объектов, газо- и нефтепроводов, ЛЭП, а также для оценки масштабов последствий различных техногенных и природных чрезвычайных ситуаций.
Использование камеры ЦТК-140 наиболее эффективно при проведении съемок больших территорий с высоты 3-7 км для изготовления топографических карт широкого масштабного ряда. Большой захват на местности (114% от высоты полета) и высокая детальность получаемых изображений (разрешение от 10 см) позволяют максимально использовать практический потолок аэросъемочных самолетов. Например, по оценкам специалистов Госцентра «Природа», для составления карт М 1:5000 допустимо использование цифровых изображений, полученных с высоты 6000 метров (эквивалентно 1:43 000 масштабу фото съемки), что в два раза превышает общепринятые коэффициенты увеличения аэрофотонегативов. Камера ЦМК-70 имеет меньшее количество чувствительных элементов в строке, однако более универсальна по областям своего применения в силу наличия четырех спектрозональных каналов (RGB и ближний ИК), значительно меньшей массе и габаритам.
Аппаратура представляемых комплексов предназначена для эксплуатации на специализированных летательных аппаратах (ЛА), оборудованных аэрофотосъемочным люком, без дополнительных доработок механической и электрической схем ЛА.
Представлены принципы работы, состав и основные технические характеристики комплексов, а также результаты натурных летных испытаний цифровых систем ДЗЗ на самолетах [9]. Предложена новая концепция эшелле-спектрометра для дистанционного исследования состава планетных атмосфер с высоким спектральным разрешением /=20000-30000. Использование акустооптического перестраиваемого фильтра (АОПФ) для предварительной селекции дифракционных порядков позволяет произвольно выбирать спектральные интервалы в пределах широкого диапазона чувствительности многоканального детектора и последовательно регистрировать их во времени. Гибкость электронной перестройки АОПФ и его высокое быстродействие обеспечивают высокое спектральное и пространственное разрешение, высокую чувствительность и точность метода для спутниковых измерений важных атмосферных газов, изотопных соотношений и малых составляющих. Радикальное уменьшение габаритов и массы (до 3-5 кг) прибора при полном отсутствии в его составе движущихся частей благоприятствует его использованию на микроспутниковых платформах.
Данный метод обладает большим потенциалом для построения вертикальных атмосферных профилей на основе солнечного просвечивания, для измерений рассеянного поверхностью планеты солнечного излучения и солнечного блика (для водной поверхности Земли).
Основанный на предложенном принципе спектрометр SOIR (Solar Occultation InfraRed) принят для исследований атмосферы Венеры в проекте «Венера Экспресс» Европейского Космического Агентства (старт в 2005 г.). Несмотря на большое количество успешных марсианских миссий, локальные измерения атмосферы Марса еще никогда не проводились со столь высоким спектральным разрешением. Мониторинг парниковых газов CO2 и CH4, измерения изотопов H2O в нижних слоях земной атмосферы и другие задачи могут эффективно решаться с использованием подобной аппаратуры, конкурентоспособной по отношению к фурье-спектрометрам высокого спектрального разрешения, в силу традиционно больших габаритов и массы, а также малого быстродействия последних.
Действующий лабораторный прототип спектрометра ближнего ИК диапазона 1-1,7 мкм включает эшелле-решетку 24,355 штр/мм Richardson Grating Laboratories, коллимирующий зеркальный объектив f=275 мм, InGaAs линейку (512 элементов) фотодетекторов Hamamatsu и АОПФ с интервалом частот управляющего ультразвукового сигнала 40-80 МГц. Получены спектры поглощения солнечного излучения в полосе CO2 1,6 мкм, в полосе молекулярного кислорода O2 1,27 мкм, а также спектр поглощения H2O в лабораторном воздухе в окрестности 1,38 мкм. Достигнутое спектральное разрешение соответствует /=30000. В настоящий момент прорабатывается спектрометр диапазона 2,3-4,2 мкм, были рассмотрены версии спектрометра диапазонов 1-1,7 мкм и 2,3-4,2 мкм, а также кратко обсуждаются научные задачи эксперимента SOIR миссии «Венера Экспресс». В 2002 г. в США и в Японии были запущены спутники Aqua и ADEOS-II, в состав аппаратурных комплексов которых входили многоканальные сканирующие радиометры AMSR-E (Aqua) и AMSR (ADEOS-II). Радиометры измеряют яркостные температуры восходящего излучения земли ТЯ(£) на частотах f = 6.9, 10.65, 18.7, 23.8, 36.5 и 89.0 ГГц на вертикальной и горизонтальной поляризации в полосе шириной 1600 км (ADEOS-II) и 1450 км (Aqua). Коническое сканирование ведется под углом 55°. Результаты обработки данных зондирования выставляются на нескольких сайтах в сети Интернет в виде полей ТЯ(£), параметров океана (температура поверхности t, скорость приводного ветра W, сплоченность ледяного покрова C) и атмосферы (паросодержание атмосферы V, водозапас облаков Q, интенсивность осадков R), восстановленных из ТЯ(£) с использованием различных алгоритмов. ТОИ ДВО РАН использует данные AMSR-E и AMSR для анализа различных погодных систем, построения полей t, W и C. Оценка параметров проводится с помощью глобальных и региональных алгоритмов, разработанных на основе моделирования переноса микроволнового излучения в системе океан-атмосфера (Radio Sciences, 2000, vol. 38). Для оценки качества калибровки экспериментальные значения ТЯ(£) сравнивались с расчетными, полученными при низких значениях V, в отсутствии облачности и ветра. Результаты этого сопоставления для разных витков свидетельствуют о необходимости коррекции калибровки и расчетной программы. Отличия экспериментальных значений от расчетных со временем снизились после корректировки. Погрешности восстановления параметров океана были оценены путем сопоставления восстановленных значений t и W с показаниями океанологических буев. Ошибки в значениях паросодержания атмосферы были найдены при сопоставлении спутниковых определений V с показаниями радиозондов. Соответствующие базы данных были предоставлены космическим агентством Японии JAXA.
Наибольший интерес с точки зрения дальнейшей разработки аппаратуры малоразмерных космических аппаратов вызывает: проверка цифрового канала связи со спутником через систему общего пользования ГЛОБАЛСТАР; испытание нескольких типов фотоприемников для систем ориентации; исследование температурного режима и др.
Функции управления ТНС-0, сбора и формирования пакетов телеметрической информации осуществляет интегрированная бортовая информационная система (ИБИС) массой не более 130 г. ИБИС построен на основе микроконтроллера со встроенными оперативной и постоянной памятью, двумя каналами последовательного асинхронного обмена информацией, системой сбора и оцифровки аналоговой информации. ИБИС обеспечивает опрос до 12 аналоговых датчиков, осуществляет обмен информацией через интерфейс RS-232 с установленным на спутнике модемом ГЛОБАЛСТАР, формирует телеметрический кадр, обеспечивает управление энергопотреблением систем спутника.
Описанная система является прообразом более сложной системы с расширенными функциями, разрабатываемой для наноспутника ТНС-1 массой не более 10 кг, предназначенного, в частности, для отработки новой технологии получения и передачи данных дистанционного зондирования Земли. В Калмыкии современная ситуация представлена инновационными процессами и новыми способами
аналитических исследований: мониторингом спутниковой связи, который позволяет определить месторасположение археологических стоянок периода неолита, атмосферное давление и климатические колебания в экологии Калмыкии, отражающие гидрографическую сеть республики, поверхность подземных вод, рек и озер, характер стока и величины бассейнов, степень минерализации рек и другие вопросы изучения. Данные методы инновационных технологий могут быть полезными по проектированию объектов водохозяйственного строительства «Гидропроект» с целью ликвидации дефицита собственных водных ресурсов, произвести расчетно-прогнозные эксплуатационные запасы подземных пресных и слабосоленых вод с минимальным уровнем минерализации с последующим созданием независимого собственного фильтроочистительного водопотребления.
Исходя из Концепции комплексного мониторинга окружающей среды, определение мониторинга представляет собой «систему наблюдений, позволяющих выделить изменения состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности. Основными элементами мониторинга являются локальные, региональные и фоновые уровни в исследовании антропогенного воздействия на окружающую среду, мониторинг загрязнения биотехнической компоненты окружающей среды, обеспечивающей создание и функционирование экологических и информационных систем»[10]. Автором создания модели комплексного мониторинга являлся к.г.н., с.н.с. КИСЭПИ Е.В. Цуцкин, его коллегами источниковедческая традиция современного естествознания была продолжена в трудах ученых РК С.С. Улановой, Н.Л. Федоровой, К.В. Маштыкова. Были выявлены закономерности формирования пространственной структуры и динамики ландшафтов на территории Калмыкии, проведена с помощью метода комплексного мониторинга С.С. Улановой экологическая паспортизация искусственных водоемов в зависимости от изменения климата и их использование на основе концепции экотонной системы «вода-суша», проведена инвентаризация водоемов Калмыкии и создана база данных с использованием ГИС технологии, выполнено исследование геохимических индикаторов природных и антропогенных изменений современного состояния ландшафтов, геодинамически аридных зон как факторов выявления эволюции природной среды; выполнен анализ антропогенной эволюции почв и ландшафтов и динамики преобразованных ландшафтов зон влияния экологически опасных производств на урбанизированных территориях; учеными Калмыкии была разработана теория эволюционной географии почв [11].
Следующий этап разработки методологии исследования агроландшафтов на Юге России выполнен старшим научным сотрудником информационно-картографического центра Тихоокеанского института географии ДВО РАН, к. с. - х. н. З.П. Дорохиной, в котором рассмотрено применение аэрокосмических методов для изучения и картографирования агроландшафтов, проведены съемки, имеющие принципиально важное значение для изучения и картографирования агроландшафтов и их компонентов. В рамках проекта автором рассмотрены физические свойства природной среды, которые проявляются прямо или косвенно в электромагнитных излучениях, которые регистрируются с помощью приборов в разных зонах спектра. Также отмечены типы регистрирующей аппаратуры аэрокосмических снимков и виды источников: фотографические, электронные и геофизические. Аэрокосмофотоснимки (АКФС) используются для инвентаризации и оперативного картографирования природных ресурсов одновременно на больших площадях и в короткое время. Из истории развития науки автором отмечено, что использование аэрофотоснимков (АФС) для решения прикладных задач началось в 1909 г. по инициативе Р. Ю. Тиле. А регулярно применять АФС в географических исследованиях стали с 1925 г. К настоящему времени для многих районов страны накоплен обширный фонд снимков с многократным покрытием, что позволяет изучать динамику объектов различных регионов и с необходимой периодичностью. Космические фотоснимки (КФС) стали активно внедряться в практику с 1960 г. ввиду применения двух технологий: с использованием фотографических и сканерных систем.
Впервые в агромелиорации аэрокосмические методы были использованы Н.Ф. Куликом, В.И. Петровым и А.Ф. Гусиковым в 1978-1980 гг. при изучении дефляции песчанных земель Северо-Западного Прикаспия, позднее - В.И. Петровым и К.Н. Куликом для фитоэкологической оценки и агролесомелиоративной классификации песков юго-востока европейской части страны. Применение дистанционных методов в исследовании компонентов агроландшафтов были представлены в работах Б.В. Горина (1980), Е.С. Павловского (1988), Н.А. Манаенковой (1994), Н.З. Бобровикова, Б.И. Касаткина, С.В. Сидоренко (1985), Д.М. Киреева, В.Л. Сергеевой (1991), А.С. Подгорнова, А.Ф. Гусикова (1991), К.Н. Кулика, А.С. Рулева (1998, 2003, 2007, 2015), А.С. Черепанова (2007), Е.Г. Мандреевой, Д.С. Дашиевой (2015), Л.Ю. Дитц, Е.В. Катунковой (2015) и др. Авторы рассмотрели методические вопросы применения АКФС для организации и осуществления мониторинга лесоаграрных ландшафтов и агроландшафтов. Агроландшафтным картографированием занимались Д.М. Хомяков (1998), Ф.Р. Зейдельман, Н.Г. Ковалев
(2004), В.А. Николаев (1987), ИВ. Полькина (2015), А.И. Александров, А.В. Мулендеева (2015). В работе Ф.Р. Зейдельмана предложены принципы составления агроландшафтных экологических почвенно-мелиоративных карт Центра Нечерноземной зоны РФ для обоснования систем земледелия и мелиорации почв. Вопросам агроландшафтного картографирования земель на основе АКФС с целью их адаптивной трансформации в высокопродуктивные агролесоландшафты были посвящены и выполнены методические разработки и рекомендации в работах М.Я. Даббит Хусейна (1994), К.Н. Кулика (1994, 2003, 2004), А.С. Рулева (2004, 2007), О.Ю. Кошелевой (2011), В.А. Николаева (1982), З.П. Дорохиной (2009), С.Е. Перфильева (2008, 2009) и др. Была произведена аэроэкологическая оценка территорий, а также показаны возможности их аграрного освоения, в том числе с помощью лесной мелиорации. С 1986 г. на информационной базе лаборатории дистанционных методов изучения агроландшафтов Всероссийского НИИ агролесомелиорации (г. Волгоград) в настоящее время разрабатываются теоретические основы и технология применения аэрокосмической фотоинформации в агролесомелиоративных исследованиях [12].
С помощью космического мониторинга сегодня рассмотрен контроль качества и абсолютная калибровка данных, поступающих с многоспектральных спутниковых сканирующих радиометров микроволнового диапазона, которые являются необходимыми условиями успешности дистанционного зондирования параметров атмосферы и подстилающей поверхности Земли. Исследования в этом направлении особенно важны в начальный период ввода в эксплуатацию новых типов микроволновых радиометров, для которых с большой вероятностью возможны менее всего ожидаемые искажения данных и отказ в работе отдельных блоков.
Новая методика контроля качества и абсолютной калибровки данных, разработанная в НИЦ «Планета» для новых многоспектральных радиометров МИВЗА (модуль интегрального влажностного зондирования атмосферы) и МТВЗА (модуль температурно-влажностного зондирования атмосферы), впервые установленных на ИСЗ «Метеор-ЗМ №1», основана на проведении сравнительного анализа между теоретическими значениями яркостной температуры уходящего излучения системы «атмосфера - подстилающая поверхность», рассчитываемыми для разных пар спектральных каналов микроволновых радиометров, и фактическими значениями антенных температур или сигналов, регистрируемых при таких же условиях в этих же каналах. Применение методики позволило выявить искажения данных в ряде спектральных каналов радиометров, провести их коррекцию и преобразование в теоретические значения яркостных температур в тех случаях, когда искажения имели устойчивый характер.
В качестве иллюстраций приводятся примеры соотношений между рассчитанными теоретическими значениями яркостных температур для разных пар спектральных каналов радиометров МИВЗА и МТВЗА и фактическими значениями антенных температур или сигналов до и после коррекции выявленных искажений, а также после их преобразования в теоретические значения яркостных температур. Для проведения высокоточной автоматической геометрической коррекции видеоданных, получаемых при дистанционном зондировании Земли (ДЗЗ), необходимо наличие информации о геометрической модели съемочной системы - элементах внутреннего ориентирования (ЭВО). Эта информация получается при наземной калибровке съемочной аппаратуры и ее точность во многом определяет качество результатов тематической обработки изображений.
Конструкция сканирующих съемочных систем на основе линейных ПЗС-детекторов делает невозможным прямое применение методов геометрической калибровки, разработанных для кадровой аппаратуры. В случае многоэлементных съемочных систем, содержащих несколько линейных детекторов, каждая ПЗС-линейка характеризуется своими ЭВО. Для проведения наземной калибровки съемочной аппаратуры ДЗЗ традиционно используют дорогостоящие прецизионные стенды, содержащие многостепенные высокоточные манипуляторы и имитаторы точечных источников излучения.
Предлагаемая методика позволяет осуществлять прецизионную геометрическую калибровку аппаратуры ДЗЗ на линейных детекторах путем съемки звезд - естественных точечных источников излучения с заведомо известными координатами. Используемый при этом стенд включает неподвижное массивное горизонтальное основание с посадочным местом для аппаратуры ДЗЗ. Ориентация системы координат (СК) посадочного места в геоцентрической СК определяется с высокой точностью с использованием разработанного в ИКИ РАН прибора астроориентации БОКЗ.
При калибровке съемочная камера располагается на основании таким образом, чтобы линейные ПЗС-детекторы были ориентированы в меридианальном направлении, а оптическая ось была направлена в зенит. Камера производит съемку звездного неба путем сканирования за счет суточного вращения Земли. На полученном изображении выделяются энергетические центры зарегистрированных звезд, и вычисляется время их регистрации.
Затем по алгоритмам, аналогичным используемым в приборах БОКЗ, производится распознавание зарегистрированных звезд, а их координаты, выбранные из звездного каталога, пересчитываются в СК посадочного места. Совместная обработка полученных данных позволяет определить с высокой точностью ЭВО приемников излучения [13]. При съемке земной поверхности цифровыми аэрокамерами на линейных ПЗС-детекторах в целях последующей геометрической коррекции и фотограмметрической обработки изображений используется навигационная информация, получаемая с приборов спутниковой навигации и гироскопических датчиков ориентации, и определяются элементы внешнего ориентирования (ЭВО) в моменты времени, соответствующие регистрации отдельных строк.
Для отработки алгоритмов геометрической коррекции и оценки геометрической точности восстановленных изображений в рамках работ по созданию семейства цифровых аэросъемочных камер - топографической стереокамеры ЦТК-140 и универсальной многозональной камеры ЦМК-70 разработано специализированное программное обеспечение, позволяющее численно моделировать процесс съемки. Исходными данными при этом служат геометрическая модель съемочной аппаратуры и информация об угловых и линейных ЭВО камеры в моменты времени, соответствующие регистрации отдельных строк изображения. ЭВО могут задаваться как реальными навигационными измерениями, так и в виде математической модели углового и линейного перемещения самолета. В качестве модели земной поверхности используется любое тестовое изображение соответствующего пространственного разрешения. Моделирующая программа генерирует изображения, которые могли бы быть получены съемочной системой при реальной съемке. Методика отработки алгоритмов геометрической коррекции предусматривает использование разработанного моделирующего программного обеспечения, реализующего представленные алгоритмы.
Использование получаемых модельных снимков в процессе отработки алгоритмов геометрической коррекции не только позволяет существенно сократить объем натурных экспериментов, но и обеспечивает возможность прямой оценки точности геометрически скорректированных изображений. Автоматическая геометрическая коррекция изображений земной поверхности, получаемых цифровыми аэрокамерами на линейных ПЗС-детекторах, может проводиться с использованием выдаваемых гироскопическими датчиками точных данных об угловых элементах внешнего ориентирования в моменты времени, соответствующие регистрации каждой из строк. При отсутствии или недостаточной точности таких данных предлагается проводить автоматизированную компенсацию влияния угловых колебаний по крену путем анализа самих изображений, получаемых камерой.
Разработанный метод решения такой задачи основан на оценке по методу наименьших квадратов величины взаимных сдвигов соседних строк изображений с субпиксельным уровнем точности. Для обеспечения высокой надежности оценки величина сдвигов оценивается по набору фрагментов строк, а затем используется медианное значение.
Полученный вектор величин взаимных сдвигов строк подвергается высокочастотной и низкочастотной фильтрации для исключения шумовых составляющих. Реализующее предложенный метод специализированное программное обеспечение позволяет автоматически корректировать искажения, вызываемые угловыми колебаниями по крену и проявляющиеся в виде характерных искривлений первоначально прямолинейных участков границ объектов, что существенно упрощает процедуры автоматической интерпретации получаемых изображений и идентификации отдельных объектов на них. Представленные примеры автоматизированной коррекции изображений, полученных как при летных испытаниях разрабатываемой в ИКИ РАН совместно с АНО «Космос-НТ» цифровой топографической камеры ЦТК-140, так и при численном моделировании процесса съемки, подтверждают эффективность разработанного метода и позволяют оценить геометрическую точность результатов коррекции. Актуальной является проблема высокоскоростной и надежной передачи общего информационного потока от бортовых систем сбора данных дистанционного зондирования Земли по радиоканалам на наземные приемные пункты. Основные требования, предъявляемые к данным системам передачи, заключаются в реализации алгоритмов формирования-приема ансамблей сигналов средствами цифровой вычислительной техники, обеспечивающих передачу данных в режиме реального времени при работе высокоинформативных средств зондирования (например, при съемке земной поверхности многозональными сканерами в оптическом и инфракрасном частотных диапазонах), и в реализации оптимальных байесовских правил приема сигналов устройствами приема. Результаты исследований сигнально-кодовых конструкций под общим названием «турбо-коды» открыты в последнее десятилетие и составляют альтернативу известным ансамблям сигналов (включая сверточные коды и каскадные схемы кодирования) относительно вероятностно-энергетических характеристик и технической сложности
реализации алгоритмов приема-формирования. Особенностью турбо-кодов является то, что они обеспечивают достижение практически предельных вероятностных характеристик Шенноновской пропускной способности при вполне умеренной сложности реализации процедур их формирования-приема для широкого диапазона скоростей передачи в радиоканале. Современные бортовые командно-измерительные системы (КИС) отечественной разработки имеют высокие тактико-технические характеристики, но обладают рядом особенностей:
1. Структура сигнала КИС отечественной разработки отличается от зарубежной. В ней не учитываются рекомендации международной организации, занимающейся разработкой единых требований и стандартов для приемопередающей аппаратуры, Консультативного комитета по космическим системам передачи данных (CCSDS).
2. К системам передачи данных, разрабатываемых с учетом рекомендаций CCSDS, предъявляются определенные требования по: диапазону рабочих частот, виду модуляции, способу кодирования, формату сообщений и т.д. Эти рекомендации направлены на обеспечение повышения надежности передачи данных, совместимости их с цифровыми системами обработки.
3. Архитектура приемника строится исходя из вышеперечисленных требований к структуре сигнала. В канале связи действует небалансный фазоманипулированный (UQPSK) сигнал с подавленной несущей. Информационный обмен осуществляется единым цифровым потоком в пакетном режиме (Пакет Телеуправления и Пакет Телеметрии).
4. Пакеты Телеуправления и Телеметрии имеют многоуровневое строение. Структуру каждого уровня также определяют положения CCSDS.
В условиях мировой интеграции, а также для повышения конкурентоспособности отечественных систем (в первую очередь - систем ДЗЗ), создание аппаратуры, работающей с учетом международных стандартов и требований, является актуальной и перспективной задачей. Для решения ряда актуальных задач, связанных с усовершенствованием методов прогноза магнитосферных и атмосферных процессов, предлагается использовать комплекс наземной аппаратуры, в том числе широкоапертурный мюонный годоскоп ТЕМП большой площади с уникальными возможностями регистрации потока релятивистских протонов галактического космического излучения (ГКЛ) одновременно из 65025 пространственных направлений с угловым разрешением 1-2. При прохождении возмущенных областей ММП и атмосферы поток ГКЛ становится не стационарным. Это позволяет по анизотропии ГКЛ и по динамике углового распределения вторичных атмосферных мюонов (во время эффектов Форбуша) следить за перемещением трехмерных структур солнечной плазмы, а также исследовать физические механизмы воздействия солнечной активности на атмосферу и другие геосферы. Установка ТЕМП позволяет также проводить непрерывный мониторинг термодинамических характеристик тропо- и стратосферы, в том числе непрерывную регистрацию внутренних гравитационных волн, температуры и эффективной толщины слоя озона. Это дает возможность выполнить валидацию данных новых спутников типа EOS Chem, а также профилей температуры, получаемых из систем GPS и ГЛОНАСС, на новой методической основе. Приводятся примеры использования гороскопа ТЕМП совместно с другими комплексами на территории Москвы и региона для получения информации прогностического характера. Из-за пожаров и стихийных бедствий разработка методов пространственно непрерывного картирования гроз по регулярно поступающей спутниковой метеорологической информации может обеспечить существенное сокращение таких пробелов.
Новая методика автоматизированного спутникового диагноза (распознавания и оценки интенсивности молниевых разрядов) гроз по синхронной информации радиометров микроволнового и ИК диапазонов, установленных на ИСЗ NOAA-16, основана на учете метеорологических параметров облачности, града в облаках и интенсивности ливневых осадков, которые типичны для районов с грозами, и вычисляются с помощью ранее разработанного комплекса новых методов количественного спутникового диагноза.
Используя разработанную методику, в НИЦ «Планета» в летний период 2004 г. начат опытный выпуск карт спутникового диагноза интенсивности гроз (в градациях: слабые, умеренные, сильные и очень сильные) на территории западной Европы, европейской части России, ее внутренних и окраинных морях. Предварительный анализ карт спутникового диагноза гроз показал, что они не противоречат результатам фактических наземных наблюдений и существенно дополняют их в тех районах, где сеть наблюдений отсутствует или является не достаточно плотной. В качестве иллюстраций приводятся примеры карт интенсивности гроз, автоматически диагностируемых по спутниковой информации при разных синоптических ситуациях. Рассмотрен пороговый метод автоматической классификации данных измерений радиометра AVHRR ИСЗ серии NOAA, позволяющий детектировать облачность и определять
ее количество, идентифицировать тип облачности и оценивать высоту верхней границы облачности (ВВГО), а также выделять зоны осадков в светлое время суток для периода май - октябрь. Пороговые значения предикторов рассчитываются как функции географической широты и долготы, высоты солнца, приземной температуры воздуха (Та) или подстилающей поверхности (Ts) в данном пикселе. В качестве оценки Та можно использовать результаты численного анализа или прогноза полей Та, наблюдения на «ближайших» метеостанциях или среднеклиматические значения; в качестве Ts используются оценки, восстановленные по данным измерений СВЧ-радиометра AMSU-A ИСЗ NOAA. Мы видим, что рассматриваемый метод детектирует облачность отдельно над сушей и водной поверхностью. Ошибка восстановления количества облачности при сопоставлении с данными наземных метеонаблюдений в 85 % случаев составляет менее 2 октов. Облачные пиксели классифицируются на 9 типов: «перистообразную», «кучевообразную, слоистокучевобразную», «высококучевообразную», «высокослоистообразную», «слоисто дождевую», «слоистообразную», «мощную кучевообразную, кучеводождевую», «многослойную кучевообразную» и «многослойную слоистообразную». Визуальный анализ результатов классификации показывает удовлетворительное соответствие с реальной синоптической ситуацией. Для каждого типа облачности рассчитывается оценка ВВГО. При этом используются барометрическая формула для политропной атмосферы, уравнение переноса длинноволнового излучения в атмосфере и вертикальные профили температуры и влажности в пунктах спутникового зондирования. В 90-95 % спутниковые оценки ВВГО попадают в диапазон среднеклиматических значений. Метод выделяет 3 класса осадков: «слабые/ умеренные (0,1-5 мм/ч)», «сильные (5 мм/ч)» и «опасные (очень сильные, гроза, град)». Согласно сопоставлению с данными метеонаблюдений вероятность обнаружения осадков превышает 75 %.
В 2003 г. были представлены результаты анализа характеристик озоносферы по данным лимбового зондирования с помощью аппаратуры CRISTA. В озоносфере на высотах от 20 до 50 км были обнаружены квазистационарные структуры в глобальных полях температуры и отношения смеси озона масштаба от сотен до тысяч км по горизонтали и от 5 до 30 км по вертикали; было выяснение возможной связи между указанными структурами и характеристиками океанической поверхности. Для этого была использована информация о высоте поверхности уровня моря (спутник TOPEX Poseidon) и температуры поверхности океана. Была произведена попытка поиска пространственной корреляции между полями аномалий ОСО и температуры поверхности океана, а также между полями аномалий ОСО и уровня моря относительно среднеклиматических за август 1997 г. Этот период был выбран потому, что в это время наблюдалось сильнейшее в XX веке явление Эль-Ниньо. Также приводятся некоторые результаты анализа атмосферных волновых структур в тропической и субтропической атмосфере. Проблема климатических изменений -одна из наиболее сложных и значимых проблем современности. Основу идентификации климатических изменений составляют результаты анализа длительных (более 30 лет) временных рядов наблюдений за основными геофизическими параметрами. К числу таких параметров относятся интегральная солнечная постоянная (ИСП), составляющие радиационного баланса Земли (РБЗ), характеристики облачного покрова и осадков, частота возникновения аномальных циклонических образований и квазипериодические природные явления. Глобальность и пространственная однородность наблюдений при этом достигается средствами космического мониторинга.
Основной интерес при анализе временных рядов геофизических параметров представляет выявление трендов и идентификация особенностей распределений экстремальных значений.
Детектирование трендов является первым шагом на пути обоснования значимости климатических изменений. Поскольку все климатические временные ряды в той или иной степени автокореллированны, любые попытки идентифицировать тренд без детального учета этого факта приводят к серьезным ошибкам. И хотя проблема детектирования трендов относится к числу классических проблем анализа временных рядов, значительный прогресс в этой области в последнее время был достигнут именно благодаря разработкам для климатологических приложений. Адекватный учет феномена дальнодействующих связей (более сильных, чем обычно рассматриваются в классических авторегрессионных моделях со скользящими средними) оказался особенно важен при анализе некоторых из рассмотренных климатологических рядов. Поэтому детальному исследованию процессов с методами спектрального анализа было уделено особое внимание. Для выявления взаимосвязи сигналов, воздействующих на изменение климата, рассматривались различные комбинации многомерных рядов наблюдений. В результате исследований были получены адекватные оценки трендов изменения ИСП, длинноволновой и коротковолновой составляющих РБЗ. Таким образом, сегодня АКФС в современной практике изучения агроландшафтов имеют внедрение в научно-практические изыскания в условиях неизбежного роста техногенного процесса на окружающую среду[14].
В Калмыкии изучение и оценка возможного использования водных ресурсов водоемов проводилось в соответствии с изучением гидролого-геохимических параметров площадей искусственных водоемов и изменением их во времени с использованием разных материалов дистанционного зондирования, устанавливая их гидрологический параметр и гидрорежим. Согласно данным дистанционного зондирования были просчитаны площади изучаемых водоемов Калмыкии в годы различной водности. Это сканерные снимки, выполненные многоспектральной камерой ЕТМ+ (9 спектральных каналов, пространственное разрешение до 15 м) с ИСЗ «Landsat-7». Гидрологические характеристики водоемов определялись в следующих спектральных диапазонах: 0,52-0,60 мкм (2 канал), 0,76-0,9 мкм (4канал) с пространственным разрешением 30 м в масштабе 1:25000 м. А также снимки, выполненные аппаратурой МСУ-СК, МСУ-Э со спутника «Ресурс 01 - № 3» (пространственное разрешение 150, 35 м, соответственно). Кроме того, использовались космофотоснимки, выполненные аппаратами КФА-1000 и КАТЭ-200 с ИСЗ «Космос» за 1975, 1983, 1987, 1990, 1991, 1999 гг. ХХ в. в диапазоне 0,51-0,60 мкм. В данном случае происходило изучение экологических связей между основными гидрометрическими параметрами водных объектов (объем, площадь, уровень); между площадью водоема и его минерализацией; между минерализацией водоема и его осадками. Для установления связей между площадью водного объекта и его минерализацией были проведены специальные исследования: наземные - отбор проб воды на анализ в паводок (март), межень (август-сентябрь), осеннее половодье (октябрь) и дистанционные - установление площади водоема по снимку (максимально приближенного к дате отбора проб воды). На основании результатов анализов была дана оценка возможности хозяйственного использования водоемов и оценка среднеобразующей роли водоемов. Последняя оценка определялась их воздействием на прилегающие территории, которые были исследованы методами экотонной концепции с использованием ГИС-технологий [15].
1. Лаврова, Н.П. Космическая фотосъемка. - М.: «Недра», 1983. - С. 5-6.
2. Лаврова, Н.П. Космическая фотосъемка... С. 7.
3. Лисицкий, Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности. М.: Недра,1988. 261 с.
4. Лисицкий, Д.В. Основные принципы цифрового... С. 3.
5. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности. Новосибирск: «Наука», Инст-т оптики атмосферы: Сибирское отделение, 1987. 259 с.
6. Зайцева, Н.А. Аэрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 321 с.
7. Пересветов, С.Б.Современное состояние и тенденции применения данных ДЗЗ и ГИС в агроэкономике / С.Б. Пересветов, В.Н. Сидоренко // ГИС АССОЦИАЦИЯ: [Электронный ресурс]. URL: http://www.gisa.ru/16773.htm [дата обращения: 12.03.2018 г.]
8. Технологии электронных библиотек поддерживают интеграцию архивов спутниковых данных, расположенных в различных частях земного шара. В ИКИ, ИРЭ и ИАПУ ДВО РАН с участием Института леса СО РАН и МГУ выполнен ИНТАС ИРИС проект: «Интеграция российских информационных ресурсов аэрокосмического дистанционного зондирования Земли».
9. Цифровые авиационные съемочные системы на линейных ПЗС-детекторах / Г.А. Аванесов, А.С. Василейский, Я.Л. Зиман, И.В. Полянский // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса: II открытая Всерос. конф. / РАН, Ин-т. космич. исслед. 2005. Т.2, № 1. С. 189-195.
10. Янова, М.В. История изучения Калмыкии: начало формирования региональной историографии (2009-2013 гг.). М.: МГОУ, 2015. Ч.2. С.221.
11. Янова, М.В. История изучения Калмыкии. С. 207.
12. Дорохина, З.П. Применение аэрокосмических методов для изучения и картографирования агроландшафтов // Актуальные проблемы в современной науке: материалы регион. науч.-практ. конф., посвященной юбилею профессора В. И. Янова. Элиста: КалмГУ, 2016. С. 15-16.
13. Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса: II открытая Всерос. конф...
14. Дорохина, З.П. Указ. соч. С. 16.
15. Уланова, С.С. Применение ГИС-технологий для выделения границ и изучения структурных блоков // Экотонные системы «вода-суша»: методика исследований, структурно-функциональная организация и динамика. М.: РАН, 2011. С. 42-49.
ТАШНИНОВА А. А.
ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА В РЕСПУБЛИКЕ КАЛМЫКИЯ ЗА ПЕРИОД 2015-2017 ГГ.
Аннотация: В статье дается краткий обзор изменения климата на территории Российской Федерации и анализ изменения климатических показателей для полупустынной, пустынной и сухостепной зон Калмыкии за 2015-2017 год. Приводятся климатические данные по основным объектам исследования - отмечаются среднемесячные, среднедекадные температуры и распределение осадков в течение года.
Ключевые слова: изменение климата, климатические условия Калмыкии, средняя температура воздуха, сумма осадков.
Общими причинами изменения климата являются динамические процессы на Земле и внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения и, в огромной степени, деятельность человека. Наблюдаемые изменения климата на территории Российской Федерации характеризуются значительным ростом температуры холодных сезонов года, ростом испаряемости при сохранении и даже при снижении количества атмосферных осадков за теплый период года, возрастанием повторяемости засух, изменением годового стока рек и его сезонным перераспределением, изменением условий ледовитости в бассейне Северного Ледовитого океана и в устьях северных рек [1].
В настоящее время климатические условия на территории России существенно меняются, и тенденции этих изменений в ближайшие 5-10 лет сохранятся.
Фактически наблюдаемый тренд в потеплении на территории России сохранился с 2015 г. и привел к росту среднегодовой температуры приземного воздуха на 0,6±0,2°С. 2015 год был самым теплым в истории наблюдений с 1936 г., когда аномалия +2,16оС намного превзошла предыдущий максимум 2007 г. В 2016 год осредненная по территории России среднегодовая аномалия температуры воздуха (отклонение от среднего за 1961-90 гг.) составила +1.69 о С и соответствует средней тенденции роста за период с 1976 г. Рекордно теплым стало лето 2016 года: аномалия 1,78оС (предыдущий максимум был зафиксирован летом 2010 г. (+1,77 оС) [2].
На территории России наблюдается рост годовой суммы осадков со скоростью 2,1% за 10 лет. Наиболее значительные аномалии осадков в 2016 г. наблюдались зимой и осенью. Зима была исключительно снежной: 121% климатической нормы для территории РФ и 138% (исторический максимум) в Европейской части России [3].
Первые дни 2017 года начались с небольших отрицательных температур (-6°С...-8°С градусов мороза). К середине месяца - небольшое потепление (до -3°С днем) и большое количество осадков в виде снега. Начало весны было теплым в Центральном, Приволжском, регионах/областях особенно в первой половине месяца, и уже к середине апреля столбик термометра поднимался до 15-18 градусов тепла в центральной части страны, в начале лета воздух днем прогревался до +27.. ,+32°С, в Поволжье и в южных областях до +35°С. Дефицит осадков (засуха) - в Поволжье и на Урале, местами на юге Европейской части России.
В Республике Калмыкия в 2015 году преобладала в основном теплая погода. Согласно отчету «Агрометеорологического обзора по Республике Калмыкия за 2014-2015 гг.» средняя температура воздуха за год составила 9,6... 10,1°, на Черных землях - 10,7... 11,6°С [4].
Зимой 2014-2015 гг. преобладала теплая погода с кратковременными похолоданиями. Такое раннее начало зимы наблюдается раз в 20-40 лет. Средняя температура за зиму составила -1,2...-4,1°С.
За зиму в степных районах выпало 74... 106 мм осадков (88-112%). В сухостепных районах сумма выпавших осадков составила 45-58 мм (47-96%). Наибольшее количество осадков выпало в третьей декаде декабря, третьей декаде января и первой декаде февраля. В остальное время декадные суммы осадков не превышали 1-6 мм. В конце зимы (вторая декада марта) осадков не было. Большую часть зимы снежного покрова не было [4].
Весна наступила рано, была продолжительной, с недобором осадков. 3-5 апреля средняя суточная температура воздуха перешла через +5°, средняя температура воздуха за весну составила 7,6...9,1°С. На большей территории сухостепных и степных зон выпало 20...27 мм осадков (33-49% сезонной нормы).
Лето было продолжительным, умеренно-теплым с недобором осадков, быстрое нарастание температур воздуха в начале лета обусловило и ранее начало самого теплого периода, в конце мая
