Количество спутников на орбитах увеличивается с каждым месяцем. Благодаря сигналам, поступающим с космических аппаратов, можно легко связаться с человеком в любой точке земного шара, узнать свое местоположение или уточнить прогноз погоды. Спутниковые данные активно используются и в науке, в том числе в областях, которые, на первый взгляд, далеки от космоса. Одна из таких – экологический мониторинг и рациональное природопользование. К примеру, ученым Красноярского научного центра СО РАН спутниковая информация помогает предсказывать пожары в лесах края и наблюдать за состоянием сельхозугодий.

ПРЕДУПРЕДИТЬ ЛЕСНОЙ ПОЖАР

О том, как с помощью спутниковых данных красноярские ученые следят за лесными пожарами, рассказывает кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией космических систем и технологий ФИЦ КНЦ СО РАН  – Олег Якубайлик.

Спутники передают на землю данные, полученные при съемке земной поверхности в различных спектральных диапазонах: видимом, ультрафиолетовом, инфракрасном. Особое значение для обнаружения пожаров имеет инфракрасное излучение, или как его еще называют – тепловое. Оно отчетливо фиксирует зоны с повышенной температурой. Основываясь на таких данных, ученые выясняют, действительно ли скачок температуры связан с пожаром.

После обработки первичных спектральных изображений исследователи получают производную информацию, например, спектральные индексы. В частности, аэрозольный индекс позволяет оценивать количество пыли и частиц в атмосфере и отслеживать задымленность территорий. По спутниковым снимкам хорошо видны события в масштабе нескольких тысяч километров, когда дым от пожаров в Эвенкии достигает Красноярска или городов в европейской части России.

Для анализа влияния пожаров на тайгу наблюдают за возгораниями в режиме реального времени. Важная составляющая – послепожарные изображения гарей. С их помощью можно точно оценить площадь выгораний. Изображения, сделанные в различных спектральных диапазонах, позволяют обнаруживать факт наличия пожара спустя годы после самого возгорания. Визуально такой участок уже может быть «зеленым» - поросшим травой и кустарниками, и не определяться как послепожарный. Благодаря спутниковым данным ученые также отслеживают успешность и сроки возобновления леса. К примеру, в одном из последних исследований при помощи данных дистанционного зондирования земли ученые показали, что возобновление лесов в сибирских регионах занимает десятки лет.

Сегодня основное внимание ученых сконцентрировано не на единичных случаях лесных пожаров, а на многолетних особенностях их распространения. Имея долговременную статистику, можно выделить наиболее пожароопасный сезон или участок, на который нужно обратить внимание. Подобная информация позволит предупредить катастрофические ситуации. Например, зная, что на определенной территории высока вероятность пожара в какой-то временной отрезок, для минимизации последствий можно сформулировать рекомендации по применению особых мер. Анализ многолетних данных позволяет влиять на оперативность мероприятий, связанных с ликвидацией пожаров и минимизацией ущербов.

СОБРАТЬ УРОЖАЙ ВОВРЕМЯ

Дистанционное зондирование открывает аграриям недоступные ранее возможности. О том, как спутниковые данные применяют для раннего прогнозирования урожайности зерновых культур, рассказывает Анатолий Шевырногов, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией экологической информатики Института биофизики КНЦ СО РАН.

Идея раннего прогнозирования урожайности на основе дистанционного зондирования основывается на измерении спектральной отражательной способности посевов в течение вегетационного периода. Полученные данные показывают, как изменяется количество фотосинтезирующих пигментов, содержащихся в растении. Данные для таких работ берутся как со спутников, так и с дронов. У каждого из этих методов есть свои ограничения. Качество спутниковых снимков зависит от погоды и прозрачности атмосферы. У дронов ограничена дальность съемки. Объединяя два способа, можно получить точную информацию, как для больших территорий, так и для локальных участков.

Отражательная способность растений связана с состоянием растений и их реакцией на изменения в окружающей среде – засуху, позднюю весну, вредителей. Все эти факторы влияют на количество отраженного растениями света. Он регистрируется при помощи спутника, либо беспилотного летательного аппарата. В ходе исследований учеными было замечено, что значения спектров отражения связаны с урожайностью в конце вегетационного периода. Стоит уточнить, что одномоментное измерение спектра малоинформативно. Для того чтобы получить достоверный прогноз урожайности, нужно следить за изменчивостью растений, особенно в первой половине вегетационного периода.

Еще одно перспективное использование дистанционного зондирования в сельском хозяйстве – расчет объемов внекорневой подкормки растений. Внесение в почву минералов и витаминов может проводиться многократно в течение одного вегетационного периода. При этом стоимость удобрений достаточно высока. Чтобы не тратить средства и силы, можно со спутника или дрона получать данные, которые будут показывать проблемные территории, нуждающиеся в «помощи». На таких участках уменьшен рост злаковых, и вегетационный индекс будет сильно выделяться. Такой подход с определением зон усиленного внимания позволит значительно экономить ресурсы.

Предсказание урожайности помогает просчитывать логистические и управленческие решения, к примеру, по распределению урожая в зависимости от его количества и экономической ситуации. Это «взгляд в будущее», который помогает обеспечить продовольственную безопасность. Дифференцированное внесение удобрений тоже оправданно с экономической точки зрения. Проводить работы по определению и анализу отражательной способности растений необходимо для того, чтобы сельхозпроизводители могли более эффективно и экономично использовать свои ресурсы.