Файл: Шалькевич Курс лекций.pdf

Ðèñ. 4

. Ñïåêòðàëüíàÿ îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü îñíîâíûõ êëàññîâ

ïðèðîäíûõ îáðàçîâàíèé

Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè íàèáîëåå èçó÷åíà ñïåêòðàëüíàÿ îòðà-

æàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ãåîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ, ðàñòèòåëüíîñòè,
ïî÷â. Êëàññè÷åñêèìè èññëåäîâàíèÿìè â ýòîé îáëàñòè ÿâëÿþòñÿ
ðàáîòû Å. Ë. Êðèíîâà. Ïî îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè â âèäèìîì
äèàïàçîíå ñïåêòðà âñå ìíîãîîáðàçèå îáúåêòîâ â ëàíäøàôòå ìîæíî
ðàçäåëèòü íà ÷åòûðå êëàññà, êàæäûé èç êîòîðûõ îòëè÷àåòñÿ ñâîå-
îáðàçíîé êðèâîé ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè (ðèñ. 4).

I êëàññ (ãîðíûå ïîðîäû è ïî÷âû) õàðàêòåðèçóåòñÿ óâåëè÷åíè-

åì ñïåêòðàëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ ÿðêîñòè ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ
ê êðàñíîé çîíå ñïåêòðà.

II êëàññ (ðàñòèòåëüíûé ïîêðîâ) îòëè÷àåòñÿ õàðàêòåðíûì ìàê-

ñèìóìîì îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè â çåëåíîé (550 íì), ìèíèìó-
ìîì — â êðàñíîé (660 íì) è ðåçêèì óâåëè÷åíèåì îòðàæåíèÿ â
áëèæíåé èíôðàêðàñíîé çîíå. Íèçêàÿ îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü
çåìíûõ ðàñòåíèé â êðàñíîé çîíå ñâÿçàíà ñ ïîãëîùåíèåì, à åå óâå-
ëè÷åíèå â çåëåíîé çîíå — ñ îòðàæåíèåì ýòèõ ëó÷åé õëîðîôèëëîì.
Áîëüøèå êîýôôèöèåíòû ÿðêîñòè â èíôðàêðàñíîé çîíå îáúÿñíÿ-
þòñÿ ïðîïóñêàíèåì ýòèõ ëó÷åé õëîðîôèëëîì è îòðàæåíèåì èõ îò
âíóòðåííèõ òêàíåé ëèñòà.

III êëàññ (âîäíûå ïîâåðõíîñòè) õàðàêòåðèçóåòñÿ ìîíîòîííûì

óìåíüøåíèåì îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè îò ñèíå-ôèîëåòîâîé ê
êðàñíîé çîíå ñïåêòðà, ïîñêîëüêó äëèííîâîëíîâîå èçëó÷åíèå ñèëü-
íåå ïîãëîùàåòñÿ âîäîé.

42

IV êëàññ (ñíåæíûå ïîâåðõíîñòè) îáëàäàåò íàèáîëåå âûñîêèìè

çíà÷åíèÿìè êîýôôèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ ñ íåáîëüøèì èõ ïîíèæå-
íèåì â áëèæíåé èíôðàêðàñíîé çîíå ñïåêòðà. Ýòî ïîíèæåíèå ðåç-
êî óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè íàñûùåíèè ñíåãà âîäîé. Áëèçêè ê ýòîìó
êëàññó ïî õàðàêòåðó îòðàæåíèÿ îáëà÷íûå îáðàçîâàíèÿ, êîòîðûå
èìåþò íåñêîëüêî óçêèõ ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ â äëèííîâîëíîâîé ÷àñ-
òè ñïåêòðà.

Ñïåêòðàëüíàÿ îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü, íåîäèíàêîâàÿ äëÿ

ðàçíûõ êëàññîâ, ðàçëè÷àåòñÿ òàêæå ó îáúåêòîâ âíóòðè êëàññà.
Íàïðèìåð, êîýôôèöèåíò ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè âàðüèðóåò äëÿ
ðàçíûõ òèïîâ ïî÷â: åñëè äëÿ äåðíîâî-ïîäçîëèñòûõ (àâòîìîðô-
íûõ) îí ñîñòàâëÿåò 16,3, òî äåðíîâî-ïîäçîëèñòûõ çàáîëà÷èâàå-
ìûõ — 7,2, äåðíîâî-ãëååâûõ — 5,2. Îí òàêæå ðàçëè÷åí è äëÿ
ïî÷â îäíîãî òèïà è çàâèñèò îò èõ óâëàæíåíèÿ, ñîäåðæàíèÿ ãóìó-
ñà è ãðàíóëîìåòðè÷åñêîãî ñîñòàâà. Íàïðèìåð, äëÿ äåðíîâî-ïîäçî-
ëèñòûõ ñëàáîãëååâàòûõ (âðåìåííî èçáûòî÷íî óâëàæíÿåìûõ) îí
ñîñòàâëÿåò 9,0, ãëååâàòûõ — 7,1 è ãëååâûõ — 6,7 (ðèñ. 5).

Ðàñòèòåëüíîñòü èçìåíÿåò ñâîþ îòðàæàòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü â

çàâèñèìîñòè îò ôèòîïàòîëîãè÷åñêèõ èçìåíåíèé è ýêîëîãè÷åñêèõ
óñëîâèé; âîçäåéñòâóþò òàêæå âåëè÷èíà ïðîåêòèâíîãî ïîêðûòèÿ,
íàëè÷èå ïûëè èëè ðîñû (ðèñ. 6).

Îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü âîäíûõ îáúåêòîâ çàâèñèò îò ñîäåð-

æàíèÿ â âîäå ïëàíêòîíà è åå çàãðÿçíåíèÿ — íàëè÷èÿ ïëåíêè íåôòè
è âçâåøåííûõ ÷àñòèö. Çàãðÿçíåíèå ñíåãà è ñîäåðæàíèå â íåì âîäû
òàêæå ïðèâîäèò ê èçìåíåíèÿì îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè. Òàêèì
îáðàçîì, ñïåêòðàëüíàÿ îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ðåàãèðóåò íà íå-
êîòîðûå ñâîéñòâà îáúåêòîâ è îòðàæàåò èõ ñîñòîÿíèå.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ ñúåìêè âåäóòñÿ â îïòè÷åñêîì, èíôðàêðàñ-

íîì (òåïëîâîì) è ÑÂ×-äèàïàçîíàõ.

43

Ðèñ. 5

. Êðèâûå ñïåêòðàëüíîé

ÿðêîñòè ðàçëè÷íûõ

ïî÷âåííûõ ðàçíîâèäíîñòåé

Ðèñ. 6

. Êðèâûå ñïåêòðàëüíîé ÿð-

êîñòè ðàçëè÷íûõ âèäîâ ðàñòèòåëü-

íîñòè:

1

— ñîñíà;

2

— îñèíà;

3

—

êà÷èì øåëêîâèñòûé;

4

— ñàêñàóë;

5

— ïîäóøå÷íèê;

6

— êàêòóñ

4.2. Ñîáñòâåííîå èçëó÷åíèå Çåìëè

Âñå îáúåêòû, èìåþùèå òåìïåðàòóðó âûøå –273 Ê, èçëó÷àþò

ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû. Çåìëÿ â öåëîì, ïîãëîùàÿ ñîëíå÷íóþ
ýíåðãèþ, ñàìà ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ðàäèàöèè. Â ñîîòâåòñòâèè ñ
òåìïåðàòóðîé Çåìëè ìàêñèìóì ýíåðãèè çåìíîãî èçëó÷åíèÿ ïðè-
õîäèòñÿ íà èíôðàêðàñíûå ëó÷è ñ äëèíîé âîëíû îêîëî 10 ìêì. Ó
àíîìàëüíî íàãðåòûõ òåë ìàêñèìóì èçëó÷åíèÿ ñìåùàåòñÿ ïðè
äëèíå âîëí 5—7 ìêì. Çåìíîå èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå, ïðîñòè-
ðàÿñü â ñòîðîíó êîðîòêèõ âîëí, ïðè äëèíå âîëíû 3—4 ìêì èìååò
èíòåíñèâíîñòü ïðèìåðíî îäèíàêîâóþ ñ èíôðàêðàñíûì ñîëíå÷-
íûì èçëó÷åíèåì. Â ñòîðîíó äëèííûõ âîëí îíî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ
äî ìåòðîâûõ ðàäèîâîëí. Îñíîâíàÿ ýíåðãèÿ óõîäÿùåãî èçëó÷åíèÿ
Çåìëè ïðèõîäèòñÿ íà âîëíû äëèíîé 3—30 ìêì.

Äëÿ ðåãèñòðàöèè èíôðàêðàñíîãî òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ â íàñòî-

ÿùåå âðåìÿ èñïîëüçóþòñÿ äâå îáëàñòè ñïåêòðà: 3—5 ìêì è
8—12 ìêì. Ðåãèñòðèðóåìàÿ òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ, ñèëüíî
çàâèñÿùàÿ îò òåìïåðàòóðû (îíà â ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì Ñòåôà-
íà — Áîëüöìàíà áûñòðî ðàñòåò ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû), ïîç-
âîëÿåò äèñòàíöèîííî èçìåðèòü òåìïåðàòóðó îáúåêòîâ. Íî äàæå â
ñëó÷àå ðåãèñòðàöèè íå àáñîëþòíûõ òåìïåðàòóð, à òîëüêî òåìïåðà-
òóðíûõ êîíòðàñòîâ âîçìîæíî ýôôåêòèâíîå âûäåëåíèå îáúåêòîâ è
õàðàêòåðèñòèêà èõ ñâîéñòâ ïî òåìïåðàòóðíûì àíîìàëèÿì. Ïî
òåìïåðàòóðíîìó ðåæèìó îáúåêòû íà çåìíîé ïîâåðõíîñòè ìîæíî
ðàçäåëèòü íà îáúåêòû ñ òåìïåðàòóðîé, îáóñëîâëåííîé âíóòðåííèì
òåïëîì (âóëêàíû, òåðìàëüíûå âîäû, ïðîìûøëåííûå îáúåêòû è
ò. ä.), è îáúåêòû, íàãðåâàåìûå Ñîëíöåì. Ìàêñèìàëüíûå òåìïåðà-
òóðíûå êîíòðàñòû îáúåêòîâ âòîðîé ãðóïïû íàáëþäàþòñÿ îêîëî
ïîëóäíÿ: îíè ìåíüøå âå÷åðîì è çíà÷èòåëüíî ñãëàæèâàþòñÿ
íî÷üþ, äîñòèãàÿ ìèíèìóìà â ïðåäóòðåííèå ÷àñû. Òåìïåðàòóðû
ýòèõ îáúåêòîâ ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò èõ îòðàæàòåëüíîé ñïîñîá-
íîñòè, ýêñïîçèöèè è êðóòèçíû ñêëîíîâ, ñèëû âåòðà, à òàêæå îò
èõ òåïëîôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Íàïðèìåð, òåìïåðàòóðà
ëèñòâåííûõ è õâîéíûõ ëåñîâ ðàçëè÷àåòñÿ íà 1—2

°

Ñ; áîëüíûå

ðàñòåíèÿ èìåþò áîëåå âûñîêóþ òåìïåðàòóðó. Î÷åíü âàæíî, ÷òî
îáúåêòû èìåþò çàêîíîìåðíûé ñóòî÷íûé õîä òåìïåðàòóðû. Åñëè
ãëóáèííûå èñòî÷íèêè âîä èìåþò ñòàáèëüíóþ òåìïåðàòóðó â òå÷å-
íèå ñóòîê, òî ïîâåðõíîñòíûå âîäû íî÷üþ òåïëåå, à äíåì õîëîäíåå
îêðóæàþùåé ñóøè. Áîëüøîå âëèÿíèå íà òåìïåðàòóðíûå êîíòðàñ-
òû îêàçûâàåò óâëàæíåííîñòü ïîâåðõíîñòè â ñâÿçè ñ åå îõëàæäå-
íèåì ïðè èñïàðåíèè. Òàê, â óòðåííèå ÷àñû íà ïîëÿõ õîðîøî âû-
äåëÿþòñÿ ïî ñâîåé òåìïåðàòóðå õîëîäíûå óâëàæíåííûå ó÷àñòêè.

44

Íàãðåòûå îáúåêòû èçëó÷àþò ýíåðãèþ íå òîëüêî â èíôðàêðàñ-

íîì, íî è â ðàäèîäèàïàçîíå, õîòÿ ðàäèîòåïëîâîå èçëó÷åíèå ïî èí-
òåíñèâíîñòè çíà÷èòåëüíî óñòóïàåò èíôðàêðàñíîìó. Ðàäèîòåïëî-
âîå èçëó÷åíèå ôîðìèðóåòñÿ îïðåäåëåííûì èçëó÷àòåëüíûì ñëîåì,
òàê íàçûâàåìûì ñêèí-ñëîåì. Ìîùíîñòü ýòîãî ñëîÿ òåì áîëüøå,
÷åì äëèííåå âîëíà èçëó÷åíèÿ. Îñíîâíûì ïîêàçàòåëåì ðàäèîòåï-
ëîâîãî èçëó÷åíèÿ ÿâëÿåòñÿ

ðàäèîÿðêîñòíàÿ

òåìïåðàòóðà

Ò

ß

, èç-

ìåðÿåìàÿ â Ê — ïðîèçâåäåíèå àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû

Ò

t

è êî-

ýôôèöèåíòà èçëó÷åíèÿ

i

(çàêîí Ðåëåÿ—Äæèíñà):

Ò

ß

=

i

Ò

t

.

Ðàäèîÿðêîñòíàÿ òåìïåðàòóðà ðåàëüíîãî îáúåêòà ðàâíà àáñî-

ëþòíîé òåìïåðàòóðå àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà, ñîçäàþùåãî èçëó÷å-
íèå òàêîé æå ìîùíîñòè, êàê è äàííûé îáúåêò.

Êîýôôèöèåíò èç-

ëó÷åíèÿ

, âõîäÿùèé â ôîðìóëó ðàäèîÿðêîñòíîé òåìïåðàòóðû, äëÿ

àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà ðàâåí åäèíèöå, à äëÿ îñòàëüíûõ ðåàëü-
íûõ îáúåêòîâ îí ìåíüøå. Ýòîò êîýôôèöèåíò, èëè, êàê ãîâîðÿò,
ñòåïåíü ÷åðíîòû îáúåêòà, çíà÷èòåëüíî âàðüèðóåò, îí çàâèñèò îò
ýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ îáúåêòà, õàðàêòåðà åãî ïîâåðõíîñòè, äëè-
íû âîëíû. Íàèìåíüøóþ ðàäèîÿðêîñòíóþ òåìïåðàòóðó èìååò âîäà
(~100 Ê), íàèáîëüøóþ — ðàñòèòåëüíîñòü (~300 Ê). Íà ðàäèîÿð-
êîñòíóþ òåìïåðàòóðó âîäíîé ïîâåðõíîñòè îêàçûâàåò ñóùåñòâåí-
íîå âëèÿíèå âîëíåíèå. Âîëíû íà âîäíîé ïîâåðõíîñòè óâåëè÷èâà-
þò åå ÿðêîñòíóþ òåìïåðàòóðó, òàê êàê ïîðèñòûå ïåíèñòûå ãðåáíè
èìåþò áîëåå âûñîêèé êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ, ÷åì âîäà. Ðàäèî-
ÿðêîñòíàÿ òåìïåðàòóðà ëüäà îáû÷íî íà íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ãðàäó-
ñîâ âûøå, ÷åì âîäû. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ áîëåå âûñîêèì êîýôôèöèåí-
òîì èçëó÷åíèÿ ëüäà, ïðè÷åì èçëó÷àòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ïðåñíî-
âîäíûõ ëüäîâ âûøå, ÷åì ìîðñêèõ.

Ðàäèàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè ïî÷âåííîãî ïîêðîâà â ÑÂ×-

äèàïàçîíå ïîìèìî òåìïåðàòóðû çàâèñÿò îò ãðàíóëîìåòðè÷åñêîãî
ñîñòàâà, ðàññå÷åííîñòè ïîâåðõíîñòè, íî íàèáîëüøåå âëèÿíèå îêà-
çûâàåò âëàæíîñòü ïî÷â. Ïåðåïàä óðîâíåé ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñóõîé
ïî÷âû è ïî÷âû â ñîñòîÿíèè ïîëíîé âëàãîåìêîñòè ñîñòàâëÿåò
50—100 Ê. Èçëó÷åíèå ðàçíûõ äëèí âîëí íåñåò èíôîðìàöèþ î
âëàæíîñòè ïî÷âû íà ðàçíûõ ãëóáèíàõ. Ïî ðàäèîòåïëîâîìó èçëó-
÷åíèþ óäàåòñÿ îïðåäåëèòü âëàãîñîäåðæàíèå ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ
ïî÷âû òîëùèíîé 1—2 äì.

Ðàñòèòåëüíûé ïîêðîâ îáëàäàåò íàèáîëåå âûñîêèìè èçëó÷à-

òåëüíûìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå ïðèáëèæàþòñÿ ê ñâîéñòâàì èäå-
àëüíîãî èçëó÷àòåëÿ — àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà. Êîýôôèöèåíò èç-

45

ëó÷åíèÿ ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà áëèçîê ê åäèíèöå. Åãî ðàäèîÿð-
êîñòíàÿ òåìïåðàòóðà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî âûñîòå è
ãóñòîòå ðàñòåíèé. Ðàäèîòåïëîâîå èçëó÷åíèå ïî÷âåííî-ðàñòèòåëü-
íîãî ïîêðîâà ðàçëè÷íûõ çîí (òàéãà, òóíäðà, ñòåïü, ïóñòûíÿ) çà-
ìåòíî ðàçëè÷àåòñÿ. Îíî èìååò âûðàæåííûé ãîäîâîé õîä ñ ìàêñè-
ìóìîì â ëåòíèé ïåðèîä.

Îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàäèîòåïëîâîå èçëó÷åíèå, ðåãèñòðè-

ðóåìîå â ðàçíûõ çîíàõ, öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü äëÿ õàðàê-
òåðèñòèêè âïîëíå îïðåäåëåííûõ îáúåêòîâ è ÿâëåíèé. Òàê, ìèë-
ëèìåòðîâûå âîëíû íàèáîëåå ïðèãîäíû äëÿ èçó÷åíèÿ àòìîñôå-
ðû, ñàíòèìåòðîâûå — ëüäîâ, äåöèìåòðîâûå — çàñîëåííîñòè âî-
äîåìîâ è ò. ä.

4.3. Èñêóññòâåííîå èçëó÷åíèå

 àýðîêîñìè÷åñêèõ ìåòîäàõ ïîìèìî åñòåñòâåííîãî èçëó÷å-

íèÿ èñïîëüçóåòñÿ è èñêóññòâåííîå. Ïðèíöèïèàëüíî äëÿ èñêóñ-
ñòâåííîãî èçëó÷åíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ýëåêòðîìàãíèòíûå
âîëíû âñåõ äèàïàçîíîâ. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàèáîëüøåå çíà÷å-
íèå èìååò èñïîëüçîâàíèå ðàäèîèçëó÷åíèÿ ÑÂ×-äèàïàçîíà, áåñ-
ïðåïÿòñòâåííî äîñòèãàþùåãî çåìíîé ïîâåðõíîñòè íåçàâèñèìî
îò ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ óñëîâèé. Íàïðèìåð, ïðè ðàäèîëîêàöèîí-
íîé ñúåìêå ñíèìàåìàÿ ìåñòíîñòü îáëó÷àåòñÿ èìïóëüñàìè ðàäèî-
âîëí, âûðàáàòûâàåìûõ ãåíåðàòîðîì, óñòàíîâëåííûì íà íîñèòå-
ëå. Îòðàæåííûå ðàäèîâîëíû, íåñóùèå èíôîðìàöèþ î èçó÷àå-
ìûõ îáúåêòàõ, ðåãèñòðèðóþòñÿ ïðèåìíèêîì, íàõîäÿùèìñÿ íà
òîì æå íîñèòåëå. Âàæíåéøèìè õàðàêòåðèñòèêàìè îòðàæåíèÿ
ðàäèîâîëí, òàê æå êàê è ñâåòîâûõ, ÿâëÿþòñÿ êîýôôèöèåíò è èí-
äèêàòðèñà îòðàæåíèÿ. Êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ çàâèñèò îò òà-
êèõ ïàðàìåòðîâ îáúåêòà, êàê äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü è
ïëîòíîñòü, à èíäèêàòðèñà îòðàæåíèÿ — îò åãî øåðîõîâàòîñòè.
Îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü îáúåêòîâ â ðàäèîäèàïàçîíå èçó÷åíà
çíà÷èòåëüíî õóæå, ÷åì â ñâåòîâîì. Íî óæå ñåé÷àñ óñòàíîâëåíî,
÷òî èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî ðàäèîëó÷à çàâèñèò îò âëàæíî-
ñòè ïî÷â, ìèíåðàëèçàöèè âîäîåìîâ, âèäà ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ
êóëüòóð è ò. ï.

Èíòåíñèâíîñòü îòðàæåíèÿ â ðàäèîäèàïàçîíå

çàâèñèò îò íà-

ïðàâëåííîñòè çîíäèðóþùèõ âîëí. Åñëè ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè
ïàðàëëåëüíà îðèåíòèðîâêå ëèíåéíûõ ýëåìåíòîâ ìåñòíîñòè, òî îò-
ðàæåíèå áóäåò èíòåíñèâíåå, íåæåëè ïðè ïåðïåíäèêóëÿðíîé ïî-
ëÿðèçàöèè ñèãíàëà. Ýòî ñâîéñòâî íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè

46