Спектральная отражательная способность растительного покрова

ФГБОУ ВО НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

Факультет Лесного хозяйства

 

Реферат на тему:

«Спектральные отражательные свойства лесной растительности и методы их изучения. Полярные сияния»

 

 

Выполнила:

Кузнецова Т.Ю.

108а

 

Проверил:

Лебедев Е.В.

 

 

Нижний Новгород
2021 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………... Спектральная отражательная способность растительного покрова…….. Излучательные свойства природных объектов…………………………… Полярные сияния………………………...…………………………………. Изучения полярного сияния………………………………………………... Влияние солнечной активности……………………………………………. Звуки генерируемые северным сиянием…………………………………... Искусственное полярное сияние…………………………………………... На каком полюсе можно увидеть северное сияние?.................................. Где лучше наблюдать за северным сиянием? ……………………………. Северное сияние и легенды………………………………………………… Использованная литература………………………………………………...

3 4 9 10 11 12 13 14 15 15 16 18

Введение

В настоящее время проблема дешифрирования данных дистанционного зондирования земной поверхности остается актуальной задачей. Целенаправленное применение аэрокосмической информации позволяет эффективно решать задачи в области топографии, тематического картирования, геологии, исследования природных ресурсов, экологии и др. научных и производственных направлениях человеческой деятельности.

В последнее время в различных отраслях народного хозяйства и природопользовании актуальной является задача обнаружения и мониторинга природных и антропогенных элементов и явлений, которые находятся не на поверхности, а в глубине земного покрова. Так, например, для контроля за состоянием нефтепроводов и газопроводов, а также для мониторинга месторождений углеводородов необходимо быстро и регулярно получать информацию, по широкому спектру показателей состояния окружающей среды. Данная проблема наиболее актуальна для интенсивно разрабатываемых месторождений нефти и газа, мест проложения продуктопроводов и др. В тоже время, разработка современных автоматизированных технологий тематической обработки аэрокосмических изображений тормозится отсутствием необходимой теоретической и экспериментальной изученностью геохимических и спектрально-отражательных характеристик растительного покрова и почв в зонах углеводородных аномалий (УВА). Это определяет необходимость и важность проведения специальных исследований геохимических и спектрально-отражательных характеристик природных объектов в зонах УВА.

В связи с этим целью диссертационной работы являлись теоретические и экспериментальные исследования геохимических и спектрально-отражательных характеристик растительного покрова и почв в зонах углеводородных аномалий в целях тематической обработки аэрокосмических изображений и информационного обеспечения мониторинга геотехнических систем.

Излучательные свойства природных объектов

В инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра, начиная с длины волны 3,5 мкм и до 15 мкм, регистрируют собственное излучение приповерхностных слоёв земной поверхности. Для любых тепловых излучателей справедлив закон, что, чем лучше тело поглощает энергию (т. е. меньше её отражает), тем лучше оно излучает. Это можно проследить на примере водной поверхности, отражательные свойства которой резко падают при увеличении длины волны от видимого до ближнего ИК-диапазона, а в тепловых каналах становятся близкими к нулю. В то же время её излучательные свойства повышаются и в тепловых каналах почти равны излучению абсолютно чёрного тела.

.

 

Полярные сияния

 

Пoляpнoe cияниe – ocoбeннocти нaблюдeния: чтo этo тaкoe c фoтo и видeo, иccлeдoвaниe, циклы Coлнцa, виды ceвepныx cияний, иcкуccтвeнный тип, гдe нaблюдaть.

 Пoляpнoe cияниe – этo пpиpoднoe явлeниe, кoтopoe зaключaeтcя в cвeчeнии paзpeжeнныx вepxниx cлoeв aтмocфepы, oбуcлoвлeннoe cтoлкнoвeниeм нa выcoтe дo 1000 км элeктpoнoв и пpoтoнoв, пoпaвшиx в aтмocфepу из кocмичecкoгo пpocтpaнcтвa, c мoлeкулaми и aтoмaми вoздуxa. Bзaимныe удapeния чacтиц c мoлeкулaми aзoтa и киcлopoдa вoзбуждaют пocлeдниe и пpивoдят иx в cocтoяниe c выcoкoй энepгиeй.

 B cвoю oчepeдь, ceвepнoe cияниe – этo пpoцecc вoзвpaтa чacтиц в paвнoвecнoe cocтoяниe чepeз излучeниe квaнтoв cвeтa oпpeдeлeнныx длин вoлн. Haблюдaть eгo мoжнo в oбoиx пoлушapияx нa шиpoтax 67-70 ˚в aвpopaльныx oвaлax, oкpужaющиx мaгнитныe пoлюca нaшeй плaнeты. B пepиoды пoвышeннoй coлнeчнoй aктивнocти пoляpнoe cияниe мoжнo увидeть дaжe нa шиpoтax 45-50˚.

Kaк пpaвилo, пoляpныe cияния визуaлизиpуютcя в зимнee вpeмя. Имeннo пoэтoму в Poccии дaвнo пoявилocь уcтoйчивoe нaзвaниe этoгo явлeния «ceвepнoe cияниe». Beдь в нaшeм пoнимaнии ceвep – этo мecтo, гдe вceгдa cнeжнo и мopoзнo, нaпpимep, Apxaнгeльcк, Mуpмaнcк, Apктикa. Ha caмoм дeлe, пoляpныe cияния гopaздo чaщe cлучaютcя в oceннee-вeceнний пepиoд, a иx пик пpиxoдитcя нa вeceннee или oceннee paвнoдeнcтвия. Пoляpныe cияния цикличны. Oдин цикл cocтaвляeт 27 днeй и 11 лeт.

 Ceвepнoe cияниe фopмиpуeтcя пoд вoздeйcтвиeм coлнeчнoгo вoзмущeниe. Дoкaзaтeльcтвoм тoму cлужит цикличнaя пpиpoдa этoгo явлeния. Пpи этoм циклы coвпaдaют c 11-лeтними кoлeбaниями coлнeчнoй aктивнocти и c вpaщeниeм Зeмли зa 27 cутoк. Дoпoлнитeльным apгумeнтoм являeтcя кoнцeнтpaция пoляpныx cияний в oблacтяx вoзмущeний мaгнитныx пoлeй.

 

Изучeниe пoляpнoгo cияния

Bизуaльнo, пoляpнoe cияниe пpeдcтaвляeт яpкиe вcпышки нa нeбocклoнe, кoтopыe coпpoвoждaютcя кoлoccaльным выбpocoм энepгии. Инoгдa cилa излучeния пpeвышaeт зeмлeтpяceниe в 5-6 бaллoв. Kpoмe тoгo, пepиoдичecки мoжнo нaблюдaть пульcиpующиe пoляpныe cияния, вo вpeмя кoтopыx cлышeн лeгкий тpecк или cвиcтящий звук.

 Bиды пoляpныx cияний paзличaют пo фopмe: oднopoдныe пoлocы и дуги, пульcиpующиe дуxи и пoвepxнocти, пятнa, вcпoлoxи, кopoны, пpoблecки, лучи и лучиcтыe дуги. Kaк пpaвилo, пpиpoднoe шoу нaчинaeтcя c пoявлeния нa нeбe нaибoлee pacпpocтpaнeннoй фopмoй cияния – cплoшнoй дуги, a пo мepe вoзpacтaния яpкocти oнa тpaнcфopмиpуeтcя в иныe фopмы.

Уpoвeнь яpкocти влияeт и нa цвeт пoляpнoгo cияния. Cущecтвуeт мeждунapoднaя шкaлa для oпpeдeлeния интeнcивнocти cвeчeния, кoтopaя вapьиpуeтcя oт I дo IV бaллoв. Taк, cлaбыe cияния I-III бaллoв кaжутcя чeлoвeку oднoтoнными, пocкoльку иx цвeтoвaя интeнcивнocть нaxoдитcя нижe гpaницы визуaльнoгo вocпpиятия. Cияния III-IV бaллoв чaщe видятcя кaк цвeтныe – зeлeныe, жeлтыe, фиoлeтoвыe или кpacныe. Удивитeльнo, нo ocнoвнaя чacть излучeния иcxoдит oт aтмocфepныx чacтиц (aтoмapный киcлopoд), кoтopыe пpидaют пoляpным cияниям жeлтoвaтыe тoнa или кpacнoвaтую или зeлeнoвaтую лучиcтocть.

Пocкoльку тoлщинa пoляpнoгo cияния cocтaвляeт лишь нecкoлькo coтeн килoмeтpoв, чepeз нeгo oтличнo визуaлизиpуютcя яpкиe звeзды.

 Пoляpнoe cияниe мoжнo нaблюдaть нe тoлькo c Зeмли, нo и c глубин кocмoca. Бoлee тoгo, c бopтa кocмичecкoгo кopaбля oткpывaeтcя пoиcтинe нeвepoятный вид нa этo явлeниe, пocкoльку тaм oбзopу нe мeшaют ни oблaкa, ни Coлнцe, ни плoтныe cлoи aтмocфepы, знaчитeльнo иcкaжaющиe кapтинку. Kocмoнaвты гoвopят, чтo из кocмoca пoляpнoe cияниe выглядит кaк яpкaя, пocтoяннo двигaющaяcя и мeняющaя фopмы aмёбa.

Пoляpнoe cияниe виднo и c иныx плaнeт. K пpимepу, aтмocфepa Beнepы тaкжe пopoждaeт пoляpнoe cияниe, пpиpoдa кoтopoгo aнaлoгичнa пpиpoдe eгo зeмнoгo coбpaтa.

Звуки генерируемые сияниями

Иногда сияния могут генерировать различные шумы, такие как хлопки, треск и статические звуки, как правило, слабые и короткие. В течение длительного времени ученые сомневались в этом явлении, так как звук было тяжелее задокументировать, к тому же аврора располагается слишком высоко в небе, чтобы быть услышанной на земле. Тем не менее, исследователи из Университета Аалто в Финляндии, опубликовал исследование в 2012 году, в котором было указано то, что им удалось записать различные шумы коррелирующие с визуальным присутствием северного сияния. Ученые утверждают, что эти звуки образовались на высоте около 70 метров над землей. Звуки сформировались в результате взаимодействия солнечных частиц и газов атмосферы. Университет Аляски отмечает, что звуки издаваемые полярными сияниями настолько редки, что существует очень мало людей, которым посчастливилось их услышать. Их образование возможно только во времена максимальной солнечной активности, при безветренной ночи и вдали от других источников шума.

 

Северное сияние и легенды

Любые природные явления поражали древних людей, так как не были изучены. Полярному сиянию также приписывали мистическое происхождение. Некоторые северные народа предполагали, что боги так радуются и наблюдатели могут ожидать счастья. Некоторые, напротив, ожидали лишь неприятностей от божества огня. У различных северных народов были свои легенды о северном сиянии.

Жители Норвегии упоминали о радужном мосте, по которому боги сходили на землю. Некоторые предполагали, что сияние появляется из-за огней в руках валькирий, отражающихся от их доспехов и искажающихся в удивительные узоры. Другие предполагали, что так танцуют почившие девушки.

Финские народы считали, что сияние появляется из-за горящей реки Ружу, разделяющий мир живых и мертвых.

Эскимосы, проживающие на территориях Северной Америки, верили, что сияние можно вызвать свистом, а убрать простым хлопком в ладоши.

Эскимосы, проживающие на Аляске, опасались сияния. Они считали, что оно приносит лишь беды и несчастья. Перед выходом на улицу во время сияния каждый брал с собой оружие. Также считалось, что долгие наблюдения за огнями приводят к сумасшествию.

Возможно, даже за мифы о драконах мы должны быть благодарны авроре. Величайшая битва Святого Георгия и дракона также могла быть связана с северным сиянием.  

Список использованной литературы

1. Большая энциклопедия природных явлений под ред. Павлова М.И.(854с.)

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.—М., Наука, 1978 -- 944 с.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.—М.: Наука, 1999 -- 752 с.

4. https://kipmu.ru/severnoe-siyanie/

ФГБОУ ВО НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

Факультет Лесного хозяйства

 

Реферат на тему:

«Спектральные отражательные свойства лесной растительности и методы их изучения. Полярные сияния»

 

 

Выполнила:

Кузнецова Т.Ю.

108а

 

Проверил:

Лебедев Е.В.

 

 

Нижний Новгород
2021 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………... Спектральная отражательная способность растительного покрова…….. Излучательные свойства природных объектов…………………………… Полярные сияния………………………...…………………………………. Изучения полярного сияния………………………………………………... Влияние солнечной активности……………………………………………. Звуки генерируемые северным сиянием…………………………………... Искусственное полярное сияние…………………………………………... На каком полюсе можно увидеть северное сияние?.................................. Где лучше наблюдать за северным сиянием? ……………………………. Северное сияние и легенды………………………………………………… Использованная литература………………………………………………...

3 4 9 10 11 12 13 14 15 15 16 18

Введение

В настоящее время проблема дешифрирования данных дистанционного зондирования земной поверхности остается актуальной задачей. Целенаправленное применение аэрокосмической информации позволяет эффективно решать задачи в области топографии, тематического картирования, геологии, исследования природных ресурсов, экологии и др. научных и производственных направлениях человеческой деятельности.

В последнее время в различных отраслях народного хозяйства и природопользовании актуальной является задача обнаружения и мониторинга природных и антропогенных элементов и явлений, которые находятся не на поверхности, а в глубине земного покрова. Так, например, для контроля за состоянием нефтепроводов и газопроводов, а также для мониторинга месторождений углеводородов необходимо быстро и регулярно получать информацию, по широкому спектру показателей состояния окружающей среды. Данная проблема наиболее актуальна для интенсивно разрабатываемых месторождений нефти и газа, мест проложения продуктопроводов и др. В тоже время, разработка современных автоматизированных технологий тематической обработки аэрокосмических изображений тормозится отсутствием необходимой теоретической и экспериментальной изученностью геохимических и спектрально-отражательных характеристик растительного покрова и почв в зонах углеводородных аномалий (УВА). Это определяет необходимость и важность проведения специальных исследований геохимических и спектрально-отражательных характеристик природных объектов в зонах УВА.

В связи с этим целью диссертационной работы являлись теоретические и экспериментальные исследования геохимических и спектрально-отражательных характеристик растительного покрова и почв в зонах углеводородных аномалий в целях тематической обработки аэрокосмических изображений и информационного обеспечения мониторинга геотехнических систем.

Спектральная отражательная способность растительного покрова

Спектральные отражательные свойства растительного покрова определяются следующими основными физическими факторами: оптическими свойствами листа (количество хлорофилла, каротина и других пигментов), геометрией покрова и угловым распределением листьев, отражательной способностью почв, на которых она находится, проективным покрытием почвы растительностью, углом освещения и углом наблюдения, состоянием атмосферы. На рис. 8 приведена спектральная отражательная способность различных классов растительность в трех спектральных каналах. Растительность в хорошем состоянии с большим количеством хлорофилла в листьях (ярко-зелёные лиственные леса, густые, сочные луга) имеет характерную спектральную кривую: высокое значение в зелёном участке спектра, резкое падение в красном участке спектра и очень высокий подъём в ближней ИК-области (рис. 8, кривая 1).

 С ухудшением состояния растительности падает отражательная способность в диапазоне 500–600 нм, исчезает падение в красном диапазоне и резко уменьшается подъём в ближней ИК-области (рис. 8, кривые 3, 4), т. е. постепенно спектральная кривая растительности превращается в спектральную кривую почвы, на которой она растёт. То есть для очень плохой растительности (проективное покрытие менее 15 %) кривая спектральной отражательной способности практически вырождается в плавно возрастающую прямую и приближается к кривым, характерным для открытых почв (рис. 8, кривая 5).

 

Здоровая зелёная растительность в ближнем ИК-диапазоне по сравнению с видимым диапазоном длин волн характеризуется очень высокой отражательной способностью. Отражение листьями солнечной энергии, наблюдаемое в ближнем ИК-диапазоне, связано с различными коэффициентами преломления света между воздушным пространством и оболочками клеточных структур. Растения с более рыхлой структурой листа в ближнем ИК-диапазоне имеют больший коэффициент отражения, чем растения с плотной структурой.

Отражательная способность нескольких слоёв листьев больше, чем одного листа, что можно наблюдать в ближнем ИК-диапазоне. Схема многолистового отражения показана на рис. 9.

 Схема многослойного пропускания и отражения света листьями растительности.

 

Спектральные отражательные свойства растительного покрова определяются следующими основными физическими факторами: оптическими свойствами листа, геометрией покрова и угловым распределением листьев, отражательной способностью почв и проективным покрытием почвы растительностью, углом освещения и углом визирования, состоянием атмосферы.

Рассмотрим общие свойства спектральной отражательной способности лесных насаждений и кустарников. Она изменяется в зависимости от сезона года и фазы вегетации. Все спектральные кривые лесных насаждений и кустарников могут быть разделены на четыре типа[22,77].

Тип 1. Отражательная способность постепенно и очень незначительно возрастает от фиолетового к красному концу спектра, оставаясь почти без изменений на всем протяжении ближней ИК области спектра и, сохраняя тот уровень, которого она достигает на красном участке. Таким образом, кривые данного типа соответствуют почти нейтрально серому фону с чуть заметным желтоватым или буроватым оттенком. Этот тип соответствует отражательной способности всех лиственных пород леса в зимний период. Так, наиболее темными являются береза и лиственница молодых древостоев, средний КЯ равен 0.05. Более светлыми являются дуб молодого древостоя, КЯ равен 0.06., далее липа спелого древостоя и осина молодого древостоя, КЯ 0.08, самой светлой в этот период оказывается береза спелого древостоя. Тип 2. Отражательная способность во всей видимой области спектра остается довольно на низком уровне (0.02-0.05), около длины волны 550 нм наблюдается слабый максимум. В ближней РЖ области отражательная способность повышенная, однако значения КЯ не превосходят 0.10-0.20, что является невысоким для растительных образований. Таким образом, кривые второго типа соответствуют темнозеленому мало насыщенному фону. Типичными представителями этого типа являются хвойные породы лесов в зимний период. Самой темной является сосна спелого древостоя, у которой КЯ даже в максимуме (550нм) равен лишь 0.021. Поэтому сосну следует отнести вообще к самым темным природным образованиям.

Тип 3. Отражательная способность в видимой области спектра заметно выше, чем в предыдущем типе, тем не менее, она остается в общем невысокой. Максимум в желто-зеленых лучах (550нм), обусловленный насыщенной зеленой окраской растительности, выражен значительно резче. Отражательная способность в ближней ИК области спектра, начиная с 700 нм, резко возрастает и остается очень высокой на всем протяжении этой области, причем КЯ достигает 0.6-0.7. К этому типу относятся древостой лиственных пород в период вегетации с молодой листвой и хвойные породы - с молодой хвоей. По мере развития молодой листвы и хвои (фаза «полный лист») насаждения несколько темнеют, хотя ход по спектру остается более или менее одинаковым. В фазу «поздняя зелень» отражательная способность лиственных пород снова становится высокой и притом более высокой, чем в фазу «молодой лист», т.е. до наступления осенней раскраски лиственные леса светлеют, а хвойные породы, наоборот, становятся более темными, приближаясь к зимнему виду. Отражательная способность лесов в ближней РЖ области, начиная с 700 нм, оказывается различной у разных пород. Самыми темными являются сосна и ель, более светлые - береза и осина.

Тип 4. Отражательная способность остается в диапазоне 400-500 нм такой же, как и в предыдущем типе, однако возрастает в красном и ближнем

ИК участках спектра. Кривые четвертого типа соответствуют оранжево-красному фону и осенней раскраске всех лиственных лесов.

Рассмотрим спектральную отражательную способность травяных покровов. По характеру спектральной отражательной способности травяные покровы могут быть подразделены на четыре типа по характеру максимума в зеленых лучах и по характеру наклона спектральных кривых отражения.

Тип 1. Средняя кривая отражения довольно круто поднимается вверх от фиолетового к красному концу спектра, причем наклон кривой равен 2.6, а значение КЯ возрастает от 0.082 до 0.216. Около 600 нм наблюдается выпуклость на кривой - максимум. В ближней ИК области кривая продолжает подниматься, причем около длины волны 830 нм КЯ достигает 0.386. Характерным для них является общая повышенная отражательная способность по всему спектру. Поэтому они обладают довольно большой яркостью и песочно-желтой окраской. К этому типу относятся высохшие (летние) травы пустынь.

Тип 2. Средняя кривая отражения данного типа постепенно поднимается вверх в направлении от фиолетового к красному участку спектра. Однако, в отличие от предыдущего типа, она имеет более пологий вид, причем коэффициент наклона кривой равен 2.00, а средний КЯ возрастает от 0.053 до 0.106. Кривая расположена значительно ниже, чем в предыдущем случае. Таким образом, объекты данного типа отличаются от объектов первого типа меньшей яркостью и обладают более буровато-серой окраской. В ближней ИК области спектра отражательная способность точно также меньше, чем в предыдущем случае, причем КЯ около 830 нм достигает максимального значения, равного 0.276. К этому типу относятся старая прошлогодняя (побуревшая) трава после таяния снега, заросли полыни и бурьяна в конце лета, т.е. когда они начинают засыхать.