Термодинамические характеристики южно-таежных биогеоценозов на основе дистанционной информации : юг Валдайской возвышенности, Центрально-Лесной заповедник

• Автор: Сандлерский, Роберт Борисович
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 269 с. : ил.

ЕЛАВА 1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ТЕРМОДИНАМИКЕ БИОСФЕРЫ
1Л. Развитие представлений о термодинамике живого вещества
1.2. Термодинамические переменные экосистем
1.3. Эволюция экосистем с позиций термодинамики
1.4. Использование данных дистанционного зондирования
при изучении энергетического баланса биогеоценозов
ЕЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ
2.1. Мультиспектральная сканерная съемка Landsat TM и ЕТМ+
2.2. Термодинамические характеристики
2.3. Морфометрические характеристики рельефа
2.4. Метеорологические переменные
2.5. Полевые материалы
ЕЛАВА 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА
3.1. Общая схема анализа
3.2. Анализ зависимости термодинамических характеристик
от метеорологических переменных
3.3. Выделение параметров порядка методом главных компонент
3.4. Непараметрические тесты, метод «box-plot»
3.5 Дискриминантный анализ
ЕЛАВА 4. ФИЗИКО-ЕЕОГРАФИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ
4.1. Общие сведения
4.2. Геолого-геоморфологическая характеристика
4.3. Климатические условия и гидрологический режим
4.4. Растительный покров
4.5. Динамика растительного покрова заповедника с 1987 по 2010 год
4.6. Почвенный покров

ГЛАВА 5. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
В СВЯЗИ С ПОГОДНЫМИ УСЛОВИЯМИ
5.1. Общие закономерности сезонного варьирования
термодинамических характеристик на ландшафтном уровне
5.2. Зависимость термодинамических переменных от
метеорологических переменных на ландшафтном уровне
5.3. Пространственное варьирование термодинамических переменных
в зависимости от метеорологических переменных на уровне ландшафта
5.4. Сезонная динамика термодинамических переменных
основных типов биогеоценозов
5.5. Организованность термодинамической системы и
ее зависимость от метеорологических переменных
ГЛАВА 6. МНОГОМЕРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
6.1. Параметры порядка термодинамической системы ландшафтного покрова
ГЛАВА 7. РЕЛЬЕФ КАК УПРАВЛЯЮЩИЙ ПАРАМЕТР ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
7.1. Зависимость параметров порядка
от морфометрических характеристик рельефа
7.2. Зависимость параметров порядка на верховых болотах
от мощности торфа
ГЛАВА 8. РАСТИТЕЛЬНОСТЬ КАК УПРАВЛЯЮЩИЙ ПАРАМЕТР ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
8.1. Зависимость параметров порядка от свойств растительности
8.2. Классы термодинамической системы
8.3. Сезонная динамика энергетических характеристик
в классах термодинамической системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Основной задачей биогеоценологии является исследование закономерностей процессов преобразования вещества и энергии в биогеоценозах, а биогеоценоз в целом представляет собой ту «лабораторию», в которой совершается процесс аккумуляции и трансформации энергии, слагающийся из многих разнообразных физиологических, физических и химических процессов, также взаимодействующих между собой (Сукачев, Дылис, 1964). Основную работу по преобразованию энергии в биогеоценозе выполняет растительность. Биогеоценотическая работа растительности по преобразованию вещества и энергии и ее связь с другими компонентами биогеоценоза осуществляются в ходе физиологических процессов, происходящих в растениях. Оценка основных энергетических переменных для биогеоценотического покрова возможна на основе термодинамического подхода, в рамках которого биогеоценоз может рассматриваться как открытая система, осуществляющая работу по ежегодному синтезу биологической продукции и поддержанию своей структуры за счет преобразования солнечной энергии. Основы термодинамического подхода были заложены В.И. Вернадским в трудах о живом веществе как об источнике свободной энергии в биосфере, и восприняты основоположником биогеоценологии В.Н. Сукачевым (там же, стр. 29). В рамках биогеоценотических исследований это направление получило теоретическое обоснование и развитие в трудах A.A. Молчанова, Ю.Л. Раунера, Г.Ф. Хильми, и др. Начиная с 1995 года, формируется глобальная сеть пульсационных измерений тепловых потоков и баланса углерода FluxNet, приходящая на смену традиционным теплобалансовым измерениям. Как и в 60-70-ых годах современные измерения дают оценки теплового баланса и преобразования солнечной энергии для пространства соизмеримого с конкретным биогеоценозом. Интерполяция этих локальных и достаточно дорогостоящих измерений на биогеоценотический покров на основе существующей сети весьма проблематична. Поэтому естественно обратиться к мультиспектральным измерениям отраженной солнечной радиации и теплового
В таблице 2.1.3 приведены основные параметры использованных в работе сцен Ьапска! ТМ и ЕТМ+. За 23 года с 1986 по 2009 для безоблачного неба снято 20 сцен для 8 месяцев, из них 6 сцен приходятся на июнь. Все съемки выполнены в утренние часы, и максимальная разница между сценами по времени съемки составляет 1 час 17 минут: 3 мая 1990 г. — 10:28, 27 апреля 2000 г. - 11:45. Сцены ЬапсЕа! ТМ для 80-90 гг. выполнены в среднем на 30 - 40 минут раньше, чем сцены ЬапсВа! ЕТМ+ и сцены ЬапсЕа! ТМ 2000-х годов.
Таблица 2.1.3. Основные параметры используемых сцен ЬапбБа! ТМ и ЕТМ+
Срок съемки Параметры сцены
Месяц Число Год День от начала года Съемочная система Время, местное Высота солнца О
Февраль 4 1987 35 Landsat 5 ТМ 11:08 13
11 2007 42 Landsat 5 ТМ 11:42 18
Март 21 1986 80 Landsat 5 ТМ 11:13 30
22 2001 81 Landsat 7 ЕТМ + 11:38 32
28 2003 87 Landsat 7 ЕТМ + 11:36 34
Апрель 10 2002 100 Landsat 7 ЕТМ + 11:36 39
21 2009 111 Landsat 5 ТМ 11:36 43
27 2000 118 Landsat 7 ЕТМ + 11:45 45
Май 3 1990 123 Landsat 5 ТМ 10:28 42
Июнь 1 1992 152 Landsat 4 ТМ 10:54 49
2 1995 153 Landsat 5 ТМ 10:54 49
3 2007 154 Landsat 5 ТМ 11:42 54
6 1988 158 Landsat 4 ТМ 11:15 52
20 2002 171 Landsat 7 ЕТМ + 11:41 54
21 172 Landsat 5 ТМ 11:23 53
Август 22 2007 234 Landsat 5 ТМ 11:40 43
Сентябрь 20 2006 263 Landsat 5 ТМ 11:41 33
25 2008 269 Landsat 5 ТМ 11:32 30
27 2000 271 Landsat 7 ТМ 11:36 30
Октябрь 15 1986 288 Landsat 5 ТМ 11:07 22
Данные дистанционного зондирования, полученные со спутников серии Landsat ТМ и ЕТМ+, проходят определенную обработку, включающую радиометрическую коррекцию и масштабирование полученных значений. Выходной сигнал каждого канала квантуется на 28 или 256 возможных значений - 1...255. Таким образом, пользователь получает данные об отражении в каждом спектральном канале в виде так называемых «digital numbers» (DN), пропорциональных количеству зафиксированной сенсором