Короткі теоретичні відомості

Найбільш інформативним для сільського господарства методом дистанційного зондування є спектрометрування ґрунтів, так як спектральна відбивна здатність є однією з основних ознак, за якою ґрунти можна вивчати дистанційно.

Спектрометричним методом дистанційного зондування можна визначати кількість гумусу в ґрунтах, розпізнавати й оцінювати рослинний покрив, оцінювати ступінь засмічення сільськогосподарських культур та їх враженість різними патогенами, визначати зараженість рослин важкими металами і нітратами, зараженість ґрунтів нафтою та нафтопродуктами, розпізнавати й контролювати ерозійні процеси, контролювати опустинення земель.

Спектральні відбивні властивості різних природних об’єктів можна достатньо повно виразити через спектральний коефіцієнт яскравості (СКЯ) і спектральний коефіцієнт відбивання (СКО).

Спектральна відбивна здатність ґрунтів вимірюється через їх спектральне альбедо, кількісною характеристикою якого є СКЯ (r_зр.). Його можна визначити за формулою

, (2.1)

де В_зр. – яскравість зразка;

В_ет. – яскравість еталона;

r_ет. – СКЯ еталона у відношенні до стандартного освітлення.

Так СКЯ темних ґрунтів (чорноземів, каштанових, темно-сірих лісних тощо) мають лінійну залежність від довжини хвилі, а у світлих ґрунтів ця залежність близька до параболічної.

Визначне значення для дистанційного зондування ґрунтового покриву мають властивості самих ґрунтів і в першу чергу їхній хімічний склад (вміст гумусу, оксидів заліза, карбонатів, солей), вологість, гранулометричний склад, структура).

Вологі поверхні у більшості випадків володіють меншою яскравістю у порівнянні з сухими. Зменшення яскравості вологих ґрунтів залежить не тільки від ступеня їх вологості, але й від структурного стану поверхні ґрунтів. Також СКЯ ріллі з борознами, що направлені уздовж падіння сонячних променів, завжди більший ніж СКЯ ріллі з борознами, що розташовані перпендикулярно сонячним променям. Вимірювання СКЯ дає можливість визначати такий важливий морфологічний та діагностичний показник ґрунтів як їхній колір, який характеризує розподіл речовин у ґрунтовому профілі.

Порядок виконання роботи

1. Для кожної довжини хвилі визначаємо R, яке отримуємо як відношення яскравості зразка (В_зр.) до яскравості еталону (В_ет.) за всіма повтореннями восьми зразків. Наприклад, для зразка 1:

Повторення 1 Повторення 2 Повторення 3

400	зр.	155	0,219
	ет.	709
450	зр.	121	0,234
	ет.	516
500	зр.	197	0,253
	ет.	780
550	зр.	138	0,273
	ет.	506
600	зр.	291	0,272
	ет.	1071
650	зр.	145	0,282
	ет.	514

400	зр.	149	0,235
	ет.	635
450	зр.	119	0,247
	ет.	481
500	зр.	194	0,265
	ет.	732
550	зр.	139	0,284
	ет.	489
600	зр.	289	0,281
	ет.	1027
650	зр.	148	0,299
	ет.	495

400	зр.	174	0,251
	ет.	692
450	зр.	136	0,263
	ет.	517
500	зр.	220	0,286
	ет.	768
550	зр.	152	0,308
	ет.	493
600	зр.	328	0,298
	ет.	1099
650	зр.	165	0,308
	ет.	535

для першого повторення (R₄₀₀ залито сірим кольором):

R₄₀₀ = В_зр.400 / В_{ет. 400} =155 / 709 = 0,219;

R₄₅₀ = В_{зр. 400} / В_{ет. 450} =121 / 516 = 0,234;

R₅₀₀= В_{зр. 500} / В_{ет. 500} =197 / 780 = 0,253;

R₅₅₀= В_{зр. 550} / В_{ет. 550} =138 / 506 = 0,273;

R₆₀₀= В_{зр. 600} / В_{ет. 600} =291 / 1071 = 0,272;

R₆₅₀= В_{зр. 650} / В_{ет. 650} =145 / 514 = 0,282;

для другого повторення (R₄₀₀ залито сірим кольором):

R₄₀₀ = В_{зр. 400} / В_{ет. 400} =149 / 635 = 0,235;

R₄₅₀ = В_{зр. 400} / В_{ет. 450} =119 / 481 = 0,247;

R₅₀₀= В_зр.500 / В_{ет. 500} =194 / 732 = 0,265;

R₅₅₀= В_{зр. 550} / В_{ет. 550} =139 / 489 = 0,284;

R₆₀₀= В_{зр. 600} / В_{ет. 600} =289 / 1027 = 0,281;

R₆₅₀= В_{зр. 650} / В_{ет. 650} =148/ 495 = 0,299;

для третього повторення (R₄₀₀ залито сірим кольором):

R₄₀₀ = В_{зр. 400} / В_{ет .400} =174 / 692 = 0,251;

R₄₅₀ = В_{зр. 400} / В_{ет 450} =136 / 517 = 0,263;

R₅₀₀= В_{зр. 500} / В_{ет 500} =220 / 768 = 0,286;

R₅₅₀= В_{зр. 550} / В_{ет 550} =152 / 493 = 0,308;

R₆₀₀= В_{зр. 600} / В_{ет 600} =328 / 1099 = 0,298;

R₆₅₀= В_{зр. 650} / В_{ет 650} =165 / 535 = 0,308.

2. Визначаємо R_сер за трьома повтореннями для всіх довжин хвиль:

400; 450; 500; 550; 600; 650 нм.

Наприклад, для довжини хвилі 400 нм:

R_{сер 400} = (0,219+0,235+0,251) / 3 = 0,235;

R_{сер 450} = 0,248;

R_{сер 500} = 0,268;

R_{сер 550} = 0,288;

R_{сер 600} = 0,284;

R_{сер 650} = 0,297.

3. Визначаємо R_зр. для кожної довжини хвилі за формулою

R_зр. = R_ср · r_эт. (2.2)

Для кожної довжини хвилі r_ет. має наступні значення:

r_ет.400 = 0,29; r_{ет. 450} = 0,30; r_{ет. 500} = 0,32;

r_{ет. 550} = 0,34; r_{ет. 600} = 0,36; r_{ет. 650} = 0,40.

Наприклад, для довжини хвилі 400 нм:

R_{зр. 400} = 0,235 · 0,29 = 0,068;

(R_зр.450) 0,248· 0,30 = 0,074;

(R_зр.500) 0,268· 0,32 = 0,086;

(R_зр.550) 0,288· 0,34 = 0,098;

(R_зр.600) 0,284· 0,36 = 0,102;

(R_зр.650) 0,297· 0,40 = 0,119.

4. Обчислюємо середній СКЯ зразка з усіх довжин хвиль за формулою R_зр.сер.= . (2.3)

R_{зр. сер} = = = 0,091.

5. Аналогічно виконуємо розрахунки СКЯ кожного зразка.

Завдання 2.2. Встановити залежність між складом органічної речовини і СКЯ.

Для цього після розрахунків значень СКЯ необхідно побудувати графік залежності цих значень від вмісту гумусу в ґрунтах. Графік будується для кожної довжини хвилі та для R_{зр сер.} в програмі Excel.