Дистанционная спектрометрия пресноводных экосистем

• Автор: Сухоруков, Борис Львович
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 275 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современное состояние исследования пресноводных экосистем с использованием дистанционных спектрометрических методов
1.1. Специфика поверхностных вод суши. Экосистемы поверхностных вод суши. Выбор исходных данных для расчета первичных гидрооптических характеристик

1.1.1. Геометрические размеры ПВС

1.1.2. Оптически активные компоненты

1.1.3. Оптические характеристики

1.2. Радиационные модели

1.2.1. Длины волн, используемые для построения радиационных моделей

1.3. Результаты анализа радиационных моделей по литературным данным

ГЛАВА 2. Первичные гидрооптические характеристики

2.1. Основные определения и соотношения
2.1.1. Монодисперсная взвесь
2.1.2. Полидисперсная взвесь
2.1.3. Функции распределения частиц по размерам
2.2. Расчет первичных гидрооптических характеристик
2.2.1. Исходные данные для расчета гидрооптических характеристик поверхностных вод суши
2.2.1.1. Минеральная взвесь
2.2.1.2. Органическая взвесь
2.2.1.3. Оптические свойства чистой воды
2.3. Результаты расчета первичных гидрооптических характеристик
2.3.1. Минеральная взвесь
2.3.2. Органическая взвесь
ГЛАВА 3. Коэффициент яркости восходящего от воды излучения
3.1. Экспериментальные коэффициенты яркости
3.1.1. Аппаратура, используемая для получения спектров
3.2. Модель расчета спектров КЯ
3.2.1. Параметры, используемые для расчета модельных спектров
3.2.2. Нормировка спектров
3.3. Сравнение экспериментальных и модельных спектров КЯ
Г ЛАВА 4. Пространство оптических образов.
4.1. Целесообразности применения методов многомерного статистического анализа при изучении спектров коэффициентов яркости экосистем поверхностных вод суши
4.1.1. Пространственновременное несоответствие
4.1.2. Сравнение результатов определения концентраций ОАК
4.1.2.1. Минеральная взвесь
4.1.2.2. Фитопланктон
4.1.2.3. Растворенные органические вещества
4.2. Определение и принципы построения пространства оптических образов
4.3. Структура оптических образов реальных водных экосистем
4.4. Классификация оптических образов водных экосистем
ГЛАВА 5. Дистанционная спектрометрия в экологическом моделировании
5.1. Условия проведения эксперимента
5.2. Обсуждение полученных результатов
5.3. Критерий сравнения оптических и экологических состояний водных экосистем
5.4. Экспериментальное доказательство подобия материнской и модельной экосистем поверхностных вод суши по оптическим показателям
ГЛАВА 6. Оптические образы водных экосистем и отражение внутриводоемных процессов в пространстве оптических образов
6.1. Построение подпространства оптических образов по данным экологического моделирования
6.2. Статистические характеристики экспериментальных спектрометрических данных
6.2.1. Экспериментальные спектры КЯ водных экосистем
6.2.2. Модельные спектры КЯ
6.3. Построение пространства оптических образов
ГЛАВА 7. Сравнительный анализ двух способов интерпретации дистанционных спектрометрических данных о состоянии водных экосистем
7.1. Представление в виде радиационных моделей
7.2. Представление в виде оптического образа водных экосистем
7.3. Сравнение представлений
ГЛАВА 8. Опытная реализация схемы оперативного
дистанционного мониторинга водных экосистем на основе использования спектрометрических данных
8.1. Используемая аппаратура
8.2. Сбор данных
8.3. Полученные результаты
8.4. Обсуждение полученных результатов
8.5 Использование модельных экосистем в качестве тестовых участков в дистанционном мониторинге поверхностных вод.
8.6. Заключение
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


А учитывая исключительное многообразие и уникальность объектов ПВС, а также тот факт, что даже на наиболее изученных ПВС напр. Енисей, включая Красноярское водохранилище , , комплекс аппаратуры часто изменялся, можно говорить об их безсистемном конечно только с точки зрения дистанционной спектрометрии изучении, не говоря уже о комплексных спектрометрических специализированных экспериментах, в которых измерялись бы синхронно как первичные гидрооптические характеристики, так и спектры яркости восходящего от воды излучения. Прежде, чем перейти к рассмотрению вопросов, касающихся специфики поверхностных вод суши отметим, что целью настоящей работы является исследование вопросов дистанционной спектрометрии применительно к мониторингу ПВС, и именно в этом аспекте будут изложены многие вопросы спектрометрии водных экосистем. Специфика поверхностных вод суши. Экосистемы поверхностных вод суши. Прежде всего, обратим внимание на геометрические размеры ПВС. Это водные объекты, имеющие глубину от тысяч, до единиц и менее метров. Ширину от метров и менее до километров. Естественно, мелкомасштабные объекты нецелесообразно изучать дистанционными методами, достаточно дорогостоящими. Чрезвычайное разнообразие оптических свойств ПВС не дает возможности использовать дорогостоящую и чаще всего громоздкую аппаратуру, аналогичную используемой на научно исследовательских судах в их океанских рейсах. Чаще всего не могут быть использованы и методы измерения гидрооптических характеристик. Внимания исследованию ПВС уделяется недостаточно и по той причине, что неэффективно их исследование с помощью установленной в настоящее время на искусственных спутниках Земли многоспектральной аппаратуры. Разрешающей силы этой специализированной природоресурсной аппаратуры достаточно только для исследования самых крупных рек мира, крупных водохранилищ и озер, а их перечень ограничен. КА получают только фрагмент водного объекта, что может не давать информации требуемого объема, частоты и качества для решения практических задач мониторинга. Причем высота полета такого авиационного средства позволяет осуществлять съемку достаточно мелких водных объектов. Дистанционные неконтактные методы исследований водных объектов по аналогии с методами исследования морских и океанских вода, можно разделить на статистические и физические, позволяющие обоснованно интерпретировать экспериментально полученные результаты аппаратурных спектрометрических измерений. Однако до сих пор имеются некоторые экспериментальные факты, еще не нашедшие достаточно полного теоретического обоснования. Поэтому естественным шагом при развитии методов интерпретации дистанционных данных о качестве ПВС было обратиться к данным, полученным при изучении оптических свойств морей и океанов и рассмотреть применимость методов, развитых и используемых в океанологии к описанию аналогичных свойств ПВС. РОВ. Таблица 1. Взвешенные вещества, мгдм3 0. Хлорофилл а, мгм3 о 1 о 0. РОВ для океанских вод и ПВС концентрация желтого вещества в океане оценивается по величине показателя поглощения на длине волны 0 нм в м1. Из табл. Из наблюдаемых проявлений минерализации можно увидеть учасгки неполного смешения соленой прозрачной и пресной более мутной воды, т. ПВС, например оз. Кроме того, для океанских вод и ПВС принципиально отлично деление по трофности основанное на измерении концентрации хлорофилла а фитопланктона. Для океана при концентрации хлорофилла а 0,1 мгм3 воды олиготрофные, 0. При этом определяется концентрация хлорофилла в верхнем 0мстровом слое. Для ПВС деление по трофности, строго говоря, проводилось по органическому фосфору , и только начиная с конца х годов по хлорофиллу. Согласно , при концентрации хлорофилла а меньше 2,0 мгм3 воды считаются олиготрофными, 2,0 ,0 мезотрофными, больше ,0 эвтрофными. РОВ в океанах не определялись, однако считается общепризнанным, что их генезис и формы существования для океанов и ПВС принципиально различны , . Наблюдается как 4Ьчистое РОВ, так и РОВ адсорбированное на взвеси. По в ПВС наблюдается РОВ, близкое к консервативному РОВ океана.