2 Аерокосмічні методи визначення вологості та температури грунтів
Аналіз патентної, науково-технічної літератури й інформації, представленої в мережі Іnternet, присвяченої аерокосмічним методам контролю стану поверхні землі, зокрема рослинності і ґрунтів дає підстави затверджувати, що при розробці методів такого контролю наземним методам і засобам контролю приділяється мало уваги. Розроблювальні моделі оцінки стану рослин і ґрунтів по супутниковим даним, що базуються переважно на законах оптики, термодинаміки й інших фізичних законів, завжди будуть вимагати експериментальної перевірки в наземних умовах. А для цього необхідна надійна наземна мережа контролю стану рослин і ґрунтів. Однак при цьому виникають дуже складні і, проте, важливі проблеми, пов'язані з особливостями аерокосмічних і наземних методів.
Перша особливість. Дуже відрізняються роздільна здатність (область охоплення) об'єктові аерокосмічними датчиками і наземними засобами. Так, якщо датчики супутників землі охоплюють площа земної поверхні, що має форму кола діаметром від десятків метрів до декількох кілометрів, то термостатно-ваговийй метод може характеризувати грудочку землі діаметром до 3-4 см, у той же час датчики ВПГ-4ц (стаціонарний і переносний) діють у поле, що має форму кола діаметром 60 см і більше. Це положення ілюструють рис.8. і 9. Якщо для космічних датчиків за роздільну здатність прийняти коло діаметром 10 м, то обсяги вибірки щодо вологості поверхні ґрунтів для датчиків супутників будуть складати 7,85·107 см2, для ВПГ-4ц - 2,826· 103 см2, а для ТВ-методу - лише 7,1 см2 . Тобто вони будуть співвідноситися як 1:1· 107:4,0. 102:1. Мається поки один ефективний, спосіб врахувати цю особливість, це збільшення на площі числа повторень вимірів приладом ВПГ-4ц і, в особливості, визначень вологості ґрунтів ТВ-методом.
З іншого боку, за допомогою аерокосмічних методів не можна одержати розподіл температури і вологість ґрунтів на глибинах до 1-1,5 м. У цьому випадку вони, поки що, не можуть замінити наземні засоби одержання інформації про вологість і температуру ґрунтів.
Друга особливість. Аерокосмічні дані, як правило, не збігаються з наземними в часі і просторі. Траєкторія супутників часто не збігається з місцем розташування існуючої мережі гідрометеорологічних станцій і постів, що ведуть наземні спостереження за станом атмосфери, рослин і ґрунтів. Терміни агрометеорологічних спостережень також, найчастіше , не збігаються з часом проходження штучних супутників над місцем розташування станцій і постів. Щоб врахувати цю особливість є два способи.
1 - аерокосмічних, 2 - приладу ВПГ-4ц, 3 - ТВ-методу.
Рисунок 8 - Роздільна здатність різних способів одержання інформації про вологість ґрунтів
Рисунок 9 - Роздільна здатність переносного (1) і стаціонарного (2) датчиків ВПГ-4ц
Перший спосіб. Якщо добре вивчені мікрокліматичні особливості території і добовий хід агрометеорологічних показників, потрібно вводити відповідні виправлення в дані наземних спостережень.
Другий спосіб. По трасі проходження штучного супутника заздалегідь розмістити пересувні агрометеорологічні пости з прискореними, чим на гідрометеорологічних станціях, термінами спостережень. Такі пости дозволять не тільки більш точно прив'язати наземні спостереження до аерокосмічних даних, але можуть служити нової, дуже ефективної технічної базою для мікрокліматичних досліджень території. Реалізація другого способу вирішить у майбутньому використовувати перший спосіб, або комбінацію першого і другого.
Третя особливість. Різні фізичні принципи, покладені в основу наземних і аерокосмічних засобів виміру. В аерокосмічних методах і засобах вимірів використовуються кілька способів виміру параметрів поверхні землі, яка підстилає. Це реєстрація відбитої радіації у видимій частині спектрові, в інфрачервоному (ІЧ) діапазоні й у високочастотному радіодіапазоні, а також фіксація природного гама-випро-мінювання поверхні землі. У приладі ВПГ-4ц застосований кондуктометричний спосіб виміру ємності ґрунтів у перемінному електричному полі. ТВ-метод заснований на зважуванні, висушуванні і визначенні кількості випаруваної води. Кожний із трьох вищезгаданих методів має свої переваги і недоліки. Переваги аерокосмічних методів складаються в тому, що вони швидкодіючі й охоплюють великі території. Але вони мають і недоліки. За допомогою їх не можна одержати розподіл агрометеорологічних показників у глибинному розрізі до 1-1,5 м, що є перевагою наземних засобів. Прилад ВПГ-4ц має ту перевагу перед ТВ-методом, що він характеризує пробу ґрунтів обсягом 28 літрів, а ТВ-метод - лише 22 міллілітра. ТВ-метод крім названих вище недоліків має свою основну перевагу перед ВПГ-4ц і аерокосмічними методами. Його перевага полягає в тому, що він прямий метод і служить засобом градуювання як ґрунтових вологомірів, так і аерокосмічних засобів виміру вологості ґрунтів. Однак, як показано на рис. 1, спроба градуювати космічні датчики лише за допомогою ТВ-метода може бути безуспішної, якщо не використовувати ВПГ-4ц як проміжний засіб. Таким чином, потрібне таке співвідношення у використанні всіх трьох методів, щоб можна було одержувати найбільше об'єктивну інформацію про вологість ґрунтів.
На рис. 10. представлено загальний вид дистанційного агрометеорологічного поста ДАП-1, що може використовуватися як стаціонарно на гідрометеорологічних станціях і постах, так і в пересувних агрометеорологічних лабораторіях на базі будь-якого мікро-автобуса-всюдихода. В останньому випадку установка і демонтаж оснащення, представленого на рис. 10 можна здійснити за годину. Передбачається, що на трасі проходження супутника (або в точці, де перехрещуються траєкторії декількох супутників землі), серед поля завчасно повинні бути встановлені датчики ДАП-1
Рисунок 10 - Загальний вид дистанційного агрометеорологічного поста ДАП-1
Цифровий пульт можна установити за межами поля, наприклад, у лісосмузі в наметі. Таких постів можна установити декілька на трасах проходження супутників, але для спеціальних мікрокліматичних досліджень території. ДАП-1 і спостерігачів-операторів можна транспортувати в одному мікроавтобусі. Можливий варіант об'єднання ДАП-1 і ВПГ-4 ц в одному універсальному пристрої. За допомогою ДАП -1 можна вимірювати такі агрометеорологічні показники:
- вологість у шарах ґрунтів: 0-10, 11-20, ... 91-100, ...141-150 см;
- температуру ґрунтів на глибинах : 0, 3, 10, 20, ... 91-100, ...141-150 см;
- температуру і вологість повітря на висоті 2 м (або на іншій);
- сумарну і фотосинтетичну активну радіацію (ФАР) і альбедо.
Точність виміру не уступає кращим аналогам.