Исследование структуры растительного покрова тундр в целях получения априорной информации для решения задач дистанционного зондирования

При использовании современных моделей распространения радиоволн в многослойных природных средах предъявляются повышенные требования к детальности описания свойств слоев грунта, растительности, льда и снега (Zhang et al., 2014). Настоящая работа является частью проекта по изучению трехмерной структуры разных типов растительного покрова Арктики и направлена на получение информации об ориентации и взаимном расположении фитоэлементов, необходимой для решения прямых и обратных задач дистанционного СВЧ зондирования поверхности суши.
В рамках описываемого этапа исследования предстояло оценить различия в ориентации фитоэлементов в травяно-кустарничковом ярусе на двух пространственно разнесенных участках в подзоне южной тундры, занятых болотными сообществами. Один из них, расположенный в Ненецком автономном округе в пойме р. Пятумбой, изучен в 2016 г, работы на другом, находящемся на севере Мурманской области вблизи п. Териберка, проводились в 2017 г. Оба участка покрыты травяно-моховой растительностью (преимущественно осоками и сфагновыми мхами) с небольшой примесью ив.
Полевые изыскания проводились с помощью специализированного программно-аппаратного комплекса, предназначенного для фотофиксации положения побегов и листовых пластинок, оценки на основе полученных изображений значений параметров структуры и создания графических трехмерных моделей фрагментов покрова (Мателенок, Мелентьев, 2016а). Работы на участках выполнялись не менее чем через 12 часов после выпадения осадков. Это позволило исключить влияние жидко-капельной влаги на ориентацию фитоэлементов. В дни работ фиксировались скорости ветра 1-3 м/с, что дало возможность считать роль воздушных масс в задании расположения фитоэлементов незначительной. Углубленный анализ данных о структуре покрова осуществлялся на этапе камеральных работ.
В результате обработки данных по всем фрагментам покрова, удовлетворяющим требованиям качества, были получены численные оценки распределения фитоэлементов по углам наклона. Необходимо отметить минимальные различия между участками в относительном количестве фитоэлементов, занимающих конкретное положение по отношению к горизонту. Это дает основание полагать, что пространственная разнесенность участков и региональные особенности климатических и гидрологических условий не находят отражение в ориентации и взаимном расположении фитоэлементов в рассматриваемых болотных сообществах. В таком случае для занятых данными сообществами участков в разных районах на западе Российской Арктики можно рекомендовать использовать единые настройки электродинамических моделей, относящиеся к структуре растительного покрова, при описании распространения радиоволн в многослойных средах. Вид распределения фитоэлементов по углам наклона оказался максимально приближен к одному из стандартных распределений – эректофильному. Некоторое отклонение от него в области малых углов наклона в основном связано с наличием в нижней части травяно-кустарничкового яруса фитоэлементов преимущественно горизонтальной ориентации, обладающих сниженной фотосинтетической активностью. В то же время анализ результатов, полученных для участка в пойме р. Печоры в 2016 г. (Мателенок, Мелентьев, 2016б), показывает, что сообщества низких уровней с доминированием осок вблизи уреза воды могут характеризоваться иным распределением фитоэлементов по углам наклона. Созданные трехмерные модели фрагментов покрова могут служить как для моделирования распространения радиоволн, так и для исследования усвоения солнечной радиации и накопления биомассы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 16-35-00255).