Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 1. С. 197-209
Дистанционные микроволновые индикаторы сухости леса
А.Н. Романов
1 , И.В. Хвостов
1 , И.В. Рябинин
1 , Д.А. Романов
1 , Д.Н. Трошкин
1 1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия
Одобрена к печати: 08.12.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-197-209
На примере тестовых участков сосновых боров (Алтайский край, Российская Федерация; Абайская обл., Республика Казахстан) изучена динамика радиояркостной температуры хвойного леса, измеренных со спутника SMOS (англ. Soil Moisture and Ocean Salinity) в период крупных лесных пожаров. Оценено влияние лесных пожаров на микроволновое излучение леса. Исследованы диэлектрические характеристики веток и хвои сосны, веток и листьев берёзы на частоте 1,41 ГГц. Использовали лабораторную установку мостового типа на основе промышленного фазометра ФК2-18, позволяющую измерять диэлектрические характеристики дисперсных смесей и водных растворов мостовым методом в диапазоне частот от 0,3 до 10,0 ГГц. Установлены зависимости показателей преломления и поглощения веток и хвои сосны, веток и листьев берёзы от объёмной доли воды в живом дереве. Для оценки пожарной опасности леса предложено использовать новый подход, основанный на комплексном анализе результатов дистанционных, натурных и лабораторных исследований. Предложены новые дистанционные микроволновые индикаторы сухости/влажности леса, основанные на использовании спутниковых измерений радиояркостной температуры в микроволновом диапазоне и лабораторных измерений диэлектрических характеристик живого дерева, позволяющие учесть фазовый состав и диэлектрические свойства древесной воды и сухой древесины.
Ключевые слова: сосна, берёза, ветка, хвоя, листья, влага, температура, влажность, лесной пожар, показатель преломления, коэффициент поглощения, комплексная диэлектрическая проницаемость, СВЧ-диапазон
Полный текстСписок литературы:
- Брушлинский Н. Н., Соколов С. В., Григорьева М. П. Сравнительный анализ обстановки с пожарами в странах мира // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2022. № 4. С. 5–12. DOI: 10.25257/FE.2022.4.5-12.
- Гусев В. Г. О методе оценки возможности возникновения и распространения пожаров в лесах по их фактической горимости // Тр. Санкт-Петербургского научно-исслед. ин-та лесного хоз-ва. 2018. № 2. С. 40–52. DOI: 10.21178/2079-6080.2018.2.40.
- Кибардина И. Н., Саворский В. П., Кузнецов О. О., Маклаков С.М., Панова О.Ю., Чухланцев А.А. Развитие СВЧ-радиометрической модели очага пламени лесного пожара // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 4. С. 79–88.
- Котельников Р. В., Лупян Е. А. Особенности дистанционно оцениваемых распределений площадей лесных пожаров для территорий с различным уровнем пожарной охраны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 75–87. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-75-87.
- Лозин Д. В., Лупян Е. А., Балашов И. В. и др. Оценка гибели северных лесов от пожаров в XXI веке на основе анализа данных прибора MODIS об интенсивности горения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 292–301. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-292-301.
- Лупян Е. А., Лозин Д. В., Балашов И. В. и др. Исследование зависимости степени повреждений лесов пожарами от интенсивности горения по данным спутникового мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 3. С. 217–232. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-3-217-232.
- Романов Д. А., Рябинин И. В., Романов А. Н. Сезонные изменения температуры в стволе живого дерева (на примере сосны) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 142–154. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-142-154.
- Саворский В. П., Каевицер В. И., Кибардина И. Н. и др. СВЧ-радиометрическая модель очага возгорания лесного пожара // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 1. С. 137–144.
- Чудинов Б. С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984. 267 с.
- Чухланцев А. А., Головачев С. П. Оценки затухания радиоволн диапазона 3–300 см в растительных покровах // Лесной вестн. (1997–2002). 2002. № 1. С. 112–117.
- Чухланцев А. А., Шутко А. М. Особенности определения влажности почвы СВЧ-радиометрическим методом в лесных районах // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 2. С. 3–10.
- Чухланцев А. А., Шутко А. М., Головачев С. П. Ослабление электромагнитных волн растительными покровами // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 11. С. 1285–1311.
- Шарков Е. А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы. В 2-х т. М.: ИКИ РАН, 2014. Т. 1. 544 с.
- Arroyo L. A., Pascual C., Manzanera J. A. Fire models and methods to map fuel types: The role of remote sensing // Forest Ecology and Management. 2008. V. 256. Iss. 6. P. 1239–1252. DOI: 10.1016/j.foreco.2008.06.048.
- Gale M. G., Cary G. J., van Dijk A. I.J. M., Yebra M. Forest fire fuel through the lens of remote sensing: Review of approaches, challenges and future directions in the remote sensing of biotic determinants of fire behaviour // Remote Sensing of Environment. 2021. V. 255. Article112282. DOI: 10.1016/j.rse.2020.112282.
- Jones M. O., Jones L. A., Kimball J. S. et al. Satellite passive microwave remote sensing for monitoring global land surface phenology // Remote Sensing of Environment. 2011. V. 115. No. 4. P. 1102–1114. DOI: 10.1016/j.rse.2010.12.015.
- Kerr Y. H., Waldteufel Ph., Richaume Ph. et al. The SMOS Soil Moisture Retrieval Algorithm // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 5. P. 1384–1403. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2184548.
- Macelloni G., Paloscia S., Pampaloni P. et al. Airborne multifrequency L- to Ka-band radiometric measurements over forests // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 11. P. 2507–2513. DOI: 10.1109/36.964988.
- Owe M., de Jeu R., Walker J. A methodology for surface soil moisture and vegetation optical depth retrieval using the microwave polarization difference index // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 8. P. 1643–1654. DOI: 10.1109/36.942542.
- Pissis P., Angnostopoulou-Konsta A., Apekis L. A dielectric study of the state of water in plant stems // J. Experimental Botany. 1987. V. 38. No. 9. pp. 1528–1540. DOI: 10.1093/jxb/38.9.1528.
- Romanov A. N. Some Behavior Features of Dielectric Properties of Water in Birch Wood at a Frequency of 1.41 GHz // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2022. V. 60. Article 4409208. 8 p. DOI: 10.1109/TGRS.2022.3157642.
- Schmugge T. J., Jackson T. J. A dielectric model of the vegetation effects on the microwave emission from soils // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1992. V. 30. No. 4. P. 757–760. DOI: 10.1109/36.158870.