Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

Температурные и излучательные характеристики растений и растительных сообществ

3.4.5. О температурных и излучательных характеристиках растений и растительных сообществ

Растения поглощают огромное количество энергии потока солнечной радиации, прежде всего в видимой части спектра (рис. 35) и излучают значительную часть полученной энергии в тепловом инфракрасном диапазоне. Этот процесс способствует сохранению энергии растений и их приспособлению к изменяющимся условиям окружающей среды в суточном и годовом циклах. Вместе с тем для излучения с длиной волны более 2 мкм листва обладает высокой абсорбционной способностью (рис. 41). Во всяком случае в этом спектральном диапазоне только относительно небольшой части потока солнечного излучения удается достичь поверхности Земли.
Высокая излучательная способность листьев в тепловом инфракрасном диапазоне представляет интерес для дистанционного зондирования. В среднем величина излучательной способности листьев е равна примерно 0,95-0,89 [262]. Она довольно высока и способствует эффективному выделению растениями потока энергии с длиной волн более 2 мкм. Это излучение может регистрироваться в диапазонах от 3 до 5,5 мкм и от 8 до 14 мкм и представляется в виде изображений (см. рис. 214 и 220б). Величина потока энергии, которая регистрируется приемником, зависит от температуры листьев растения. Растительные сообщества, обладающие разной величиной температурного излучения, отличаются друг от друга на тепловых изображениях оттенками серого тона, яркость которых соответствует разным радиационным температурам. Разница в радиационных температурах может быть выражена не только в относительных величинах, но и в абсолютных значениях температуры-кельвинах (К), если известна температура растений, от которых получен спектральный сигнал и во время съемки проводилась калибровка излучения.
Тепловая характеристика растений зависит от многих факторов: температуры листьев и изменяющейся в зависимости от нее излучательной способности в суточном и годовом цикле жизнедеятельности растения; интенсивности потока солнечной радиации, также меняющейся по времени суток и года; температуры и относительной влажности воздуха; метеоусловий; состояния атмосферы и скорости ветра; влажности почвы; содержания в ней питательных и минеральных веществ и величины испарения самого растения [247].
Важнейшую роль в сохранении растением энергии и его теплообмене, приспособленном к условиям окружающей среды, играет транспирация, т. е. выделение листьями водяного пара. Она регулирует температуру листьев. Вид испарения листьев определяется рядом параметров, зависящих от вида растения и от внешних условий его обитания. Наиболее важными параметрами растения, определяющими для него величину транспирации, являются: отношение произведения длины корней к длине побегов (так называемое отношение корень/побег), площадь общей поверхности листьев и структура листа. Эти параметры в свою очередь зависят от количества питательных веществ в почве, влажности почвы, т.е. таких параметров, которые сами зависят от геологического субстрата.
Среди параметров, определяющих транспирацию и температуру листьев растения в зависимости от внешних условий его произрастания, на первом месте стоит интенсивность потока солнечной радиации, так как многочисленные щелевидные клетки, через которые осуществляются дыхание и выделение водяного пара листьями, открываются и закрываются в течение дня под ее воздействием. От скорости, с какой водяной пар будет уходить в атмосферу благодаря диффузии, которая осуществляется через оболочки клеток эпидермиса, пропитывающиеся водой, зависит выравнивание давления пара.
Испарение в значительной мере зависит от влажности воздуха, от его температуры и перемещений (ветер, конвективные потоки). Относительная влажность воздуха контролирует порядок величины градиента давления пара между внешним и внутренним давлением. Чем выше градиент (меньше влажность воздуха), тем больше величина испарения. Температура влияет на величину испарения воздействуя на открытость щелевидных каналов листа и на градиент испарения. Повышение температуры приводит к повышению испарения. Движение воздуха увеличивает величину испарения, так как ветер уменьшает количество водяного пара вокруг листа в пограничном слое воздуха, чем последовательно повышает градиент плотности водяного пара между растением и воздухом. Наконец, для содержания влаги в растении и его способности к испарению весьма существенно, сколько воды поглощают корни из почвы. Для испарения листьев должно подаваться корнями достаточное количество воды. Здесь сказываются вновь геологические (точнее, гидрогеологические) условия в обмене веществ. Функция транспирации заключается в охлаждении, препятствующем перегреву на солнце органов растения, и, кроме того, в переносе веществ под действием транспирационного тока в листе. Не до конца ясно, однако, как изменяются спектральные характеристики в заболевшем или поврежденном растении при изменении водного баланса.
Из вышеизложенного становится очевидным, что на тепловые характеристики растений влияют многие внешние параметры, при этом многостороннее значение имеют данные о геологическом субстрате. Кроме того, становится ясным, что температурное излучение определенного растения не всегда можно вывести только из физико-химического состояния растения; оно даже сильнее изменяется в связи с изменением окружающей среды. В тепловом излучении лугов (травянистых поверхностей), групп кустарника или лесов эффект от всех этих связанных и не связанных с отдельным растением факторов интегрируется. Съемки в тепловом инфракрасном диапазоне позволяют идентифицировать виды растений только в исключительных случаях, когда их результат корректируется калибровочными данными района съемки, т.е. проводятся соответствующие синхронные наземные измерения.
И все же, если имеются результаты синхронной многозональной съемки в видимом и инфракрасных диапазонах, можно по относительным различиям в спектральных яркостях объектов различить залесенные и безлесные участки, участки, заросшие кустарником, и т. п.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом