2 Материалы и методы
2.1 Объекты исследования
Объектами для натурных исследований были выбраны 2 вида лесных горючих материалов: компоненты напочвенного покрова опада хвои сосны и моховой подстилки, которые соответствуют разнотравным и мертвопокровным типам леса. В качестве контрольного использовалась тестовая площадка с искусственным материалом – асфальтовое покрытие, на котором проводились калибровочные измерения соответствующих параметров. Объекты являются типичными видами лесных материалов и основными проводниками горения.
Измерения проводились на 4 площадках, различающихся не только по материалу, но и по условиям. Размер каждой из площадок составлял 1м2.
Первой исследуемой точкой является асфальт, который служит тестовым материалом для нашего исследования. Объект находится на открытом участке и подвержен солнечной радиации на протяжении всего светового дня.
1 – искусственное покрытие (асфальт); 2 – опад хвои; 3 – опад хвои в условиях рассеянного излучения; 4 – мох в условиях рассеянного излучения.
Рисунок 6 – Тестовые площадки
Объектом для второй исследуемой точки служил опад хвои, находящийся на открытом пространстве. Исследуемой точкой №3 также является опад хвои, но только расположенный под деревьями с сомкнутостью крон, достигающими 60%. Последний факт, в свою очередь, ведет к неравномерному распределению солнечного нагрева по площади, но в тоже время служит идеальным примером реальной ситуации в лесу. Точкой №4 при проведении натурных измерений служила площадка со мхом, находящимся, как и предыдущий образец, в месте с высокой степенью сомкнутости крон.
При проведении эксперимента по определению взаимосвязи яркостной температуры и влажности было взято два образца в трёх повторностях с разной подстилающей поверхности: с зоны ярко-выраженного мохово-соснового леса (МСЛ) и с зоны березового леса (БЛ) размером 15х15см. (Рисунок 7).
Рисунок 7 – Тестовый образец горючего материала
В последней части работы для обработки были взяты данные о яркостной температуре поверхности со спутника, а также данные с наземной метеостанции.
2.2 Используемая аппаратура
Портативный радиометр. Тепловизор FLIR InfraCAM
Для проведения экспериментов по валидации метода оценки радиометрической температуры и влагосодержания тестовых материалов нами был взят портативный радиометр FLIR InfraCAM (Приложения А. Рисунок 1). Данный прибор по принципиальной схеме не отличается от радиометров, используемых на спутниках, что позволяет нам применять его при корреляционных исследованиях.
Широкий спектральный диапазон (от 7,5 до 13 мкм.) прибора позволяет измерять температуры от -10°C до +350°C. Чувствительность составляет 0,1°С. Измерение температуры производится в фиксированной точке в середине образца. Мгновенное поле зрение составляет 3,7мм при расстоянии до детектируемого объекта 1м. и углах обзора 25° x 25°.
Формирование инфракрасного изображения объекта происходит за счет матрицы, построенной на основе неохлаждаемого микроболометра, выполненного на оксиде ванадия (VOx), с разрешением в 120 на 120 пикселей и расположенной в фокальной плоскости прибора.
Ввиду возможности ручной регулировки коэффициента излучения от 0,1 до 1,0 можно с легкостью производить измерения температуры различных по своей структуре поверхностей, таких как: природные горючие материалы, асфальт, металл, и др.
Метеостанции KESTREL 3000
При определении метеорологических параметров, в том числе: температуры воздуха, влажности воздуха, скорости ветра, нами была использована портативная метеостанция KESTREL 3000. Возможности измерения:
Скорость ветра : от 0,4 м/с до 40 м/с, с шагом в 0,1 m/s; доверительный интервал — 3%
Температура: от -29 до 70°C с шагом в 0,1°C; доверительный интервал — 0,3°C
Влажность: от 5 до 95% с шагом в 0,1%; доверительный интервал — 3%
Спектрорадиометр MODIS
При оценке ППО радиометрическим методом были обработаны снимки, полученные со спектрорадиометра MODIS, станция приема данных с этого аппарата расположена в Экологическом корпусе Института леса им. В.Н.Сукачева СО РАН.
Инструмент MODIS изучает атмосферные, океанские процессы и процессы, связанные с Земной поверхностью. Это включает изучение: температуры поверхности (земли и океана), цветения океанов, глобальной растительности, характеристик облаков, снежных покровов, и температурных профилей и профилей влажности.
MODIS - спектрорадиометр пассивного типа, несёт 490 датчиков, размещенных в 36 спектральных полосах, которые охватывают видимый и инфракрасный диапазон длин волн в пределах от 0,412 мкм до 14,235 мкм. Две из полос имеют пространственное разрешение 250 м, пять полос имеют разрешение в 500 м, а остальные спектральные полосы имеют – 1000 м. Сигналы каждого канала имеют 12-битное квантование. Съёмка осуществляется за счет использования непрерывного вращения двухстороннего сканирующего зеркала, с периодом вращения 20,3 оборота в минуту (то есть одна сторона зеркала перемещается на 360 градусов каждые 1,477 секунды).