Отражательные свойства мохово-лишайникового покрова на СВЧ

Несмотря на глобальное распространение мхов и лишайников, исследования их спектральных свойств в контексте дистанционного зондирования окружающей среды ограничены. Лишайники сильно различаются по своей структуре, но уже первые исследования спектров лишайников показали, что они отличаются от спектров других типов поверхности. Как правило, лишайники демонстрируют более высокую отражательную способность в видимом диапазоне и более плавное увеличение отражательной способности от красного к ближнему инфракрасному диапазону, чем зеленая растительность (Petzold et. al., 1988, Rees et. al., 2004, Peltoniemi et. al., 2005). Другой характерной особенностью спектров лишайников, наблюдаемой в лабораторных и натурных измерениях, является сильное обратное рассеяние (Peltoniemi et. al., 2005). Кроме того, было отмечено, что содержание влаги влияет на спектры мхов и лишайников, особенно в коротковолновой инфракрасной области (Rees et. al., 2004).
Различимые спектральные признаки позволяют определять месторасположение мхов и лишайников по данным дистанционного зондирования, что крайне важно для мониторинга изменений видового состава, связанных с потеплением климата, изменением количества осадков, загрязнением окружающей среды. Однако для получения точной информации о разнообразии мхов и лишайников на основе данных дистанционного зондирования необходима подробная информация о вариациях спектров лишайников, обусловленных, например, внутривидовыми вариациями, вызванными различиями в условиях произрастания, вариациями между видами и семействами. До настоящего времени лишь в нескольких исследованиях проводились измерения спектров лишайников in-situ или в лабораторных условиях (Petzold et. al., 1988, Rees et. al., 2004, Bechtel et. al., 2002, Nordberg et. al., 2002). Насколько нам известно, ни в одном исследовании для изучения внутривидовой спектральной вариации и ее причин не проводился отбор нескольких образцов одного и того же вида лишайника. Систематическая оценка таксономической вариации спектров лишайников также не проводилась. Кроме того, лишь в нескольких работах изучалась направленность отражательной способности лишайников (Solheim et. al., 2002, Kaasalainen et. al., 2005) хотя понимание направленных отражательных свойств любой поверхности важно для интерпретации данных дистанционного зондирования.
В данной работе мы провели исследование мохово-лишайникового покрова бугристых торфяников, были собраны образцы, состоящие из лишайников рода Cladonia и сфагновых мхов. Диэлектрические измерения образцов проводились при помощи векторного анализатора цепей Agilent Е8363В, позволяющего измерять параметры матрицы рассеяния (комплексный коэффициент отражения и передачи ячейки) в диапазоне частот от 2 МГц до 12 ГГц. Данная методика измерения применяется для исследования диэлектрических свойств почв и жидкостей и описана в литературе, например, (Репин и др., 2008). Измерения проводились при различной влажности и толщине слоя образца. В ходе эксперимента было установлено, что отражательные свойства разных видов мохово-лишайникового покрова отличаются на значительную величину (порядка 50 %) в области частот от 2 до 4 ГГц. Зондирующая система на основе рефлектометра Caban-140 позволяет измерить коэффициент отражения от мохово-лишайникового покрова с удовлетворительной повторяемостью и достоверностью. Согласие экспериментальных данных и расчетов по теории слоистых сред можно признать удовлетворительными в нижней части диапазона зондирования.

Исследование выполнено при поддержке российского фонда науки (проект № 23-27-00249 «Физические свойства мохово-лишайникового покрова торфяников криолитозоны Западной Сибири: изменения под влиянием природных и антропогенных факторов»).