Анализ физических свойств почв на основе наземной съемки в инфракрасном диапазоне

Дистанционные методы, в том числе спутниковая съемка, обеспечивают современный уровень исследований во многих направлениях. Изучение характеристик почв с использованием спутниковой аппаратуры в основном основано на измерениях в СВЧ-диапазоне спектра (1 мм – 1 м). Анализ такого рода проводится, как правило, для поверхности почвы или почвенного слоя глубиной 5 – 10 см, что определяется техническими характеристиками используемых средств съемки. В то же время доступно большое количество спутниковой информации получается в инфракрасной области спектра, в широком диапазоне 3 – 12 мкм, например, со спутников серии NOAA, TERRA.
Для изучения физических свойств напочвенных покровов и почвенных профилей предложено использовать наземную съемку в ИК-диапазоне, проводимую тепловизором FLIR Systems InfraCAM. Использованный прибор по принципиальной схеме и рабочему диапазону не отличается от радиометров, функционирующих на спутниках, что позволяет в последующем применять полученные данные для валидации и калибровки спутниковых материалов.
Формирование температурных полей в почве определяется ее теплофизическими свойствами: теплоемкостью, тепло- и температуропроводностью, которые в свою очередь являются функциями целого ряда почвенно-физических факторов, таких как влажность, гранулометрический состав, плотность, порозность, содержание органического вещества, температура. Все это обусловливает неоднородность почв по теплофизическим параметрам.
В работе представлены результаты изучения теплофизических свойств дерново-подзолистых почв, проводившегося в южной тайге Красноярского края. Калибровочные данные получены на локальном тестовом полигоне на территории стационара Института леса "Погорельский бор". На экспериментальных участках в сосняке бруснично-зеленомошном, сосняке разнотравно-зеленомошном, осиннике осочково-разнотравном с помощью тепловизора FLIR Systems InfraCAM получены данные о радиометрических характеристиках поверхности почв, а также восстановлены температурные градиенты почвенных профилей (глубина 0,6 – 1,2 м), заложенных в различных типах леса, находившиеся при различных внешних условиях.
Зафиксировано, что при съемке участков напочвенного покрова для одних и тех же условий вариация значений радиометрической температуры составляет до 8 – 10 °С. Наблюдается высокая корреляция с данными контактных измерений температуры и данными о температуре приземного слоя воздуха. Эти материалы будут востребованы при калибровке спутниковых радиометрических съемок в тепловом диапазоне.
Впервые получены снимки в ИК-диапазоне почвенных профилей лесных почв. Съемка проводилась в середине и в конце вегетационного периода. Градиент радиометрической температуры составляет 0,12 – 0,2 град/см для почвенных профилей, сформированных в различных условиях. Наибольшая амплитуда температур наблюдается на глубине почвенного профиля до 15 см.
Установлено, что на снимках в инфракрасном диапазоне почвенных профилей с выраженной структурой горизонтов наблюдается скачкообразное изменение градиента температуры, соответствующее границам почвенных горизонтов.