Изучение свойств природных и антропогенных объектов по снимкам Landsat-7/ETM+ в тепловом инфракрасном диапазоне

Космические снимки в тепловом инфракрасном диапазоне на сегодняшний день являются важным источником информации в науках о Земле. Этот тип данных дистанционного зондирования достаточно давно применяется в геологии и геофизике, однако применение его в географической науке пока ограничено. Однако, такой признанный источник космических снимков для среднемасштабных географических исследований, как семейство спутников Landsat, оснащён аппаратурой, получающей изображения в тепловом инфракрасном диапазоне. Так, система ETM+ в настоящее время позволяет регистрировать информацию в этой области спектра с пространственным разрешением 30 м, что для космических систем является наилучшим показателем. Это даёт возможность широкого применения космических снимков системы ETM+ в тепловом инфракрасном диапазоне в географических исследованиях, с использованием принципов географического дешифрирования.
В данном исследовании проведён комплекс работ по изучению свойств природных и антропогенных объектов на территории города и его ближайшего пригорода на основе космических снимков Landsat-7/ETM+ в тепловом инфракрасном диапазоне. Особое внимание было уделено сезонной динамике теплового излучения, так как серия снимков Landsat-7/ETM+ предоставляет для этого широкие возможности за счёт регистрации изображений на одну территорию в одно и то же время суток. Кроме того, изучение сезонной динамики позволяет достаточно полно описать тепловые свойства большинства городских объектов. Исходным материалом для исследования послужили 10 разносезонных снимков на территорию Москвы и ближнего Подмосковья за 1999 – 2003 гг. Разработана методика анализа и обработки тепловых инфракрасных разносезонных снимков для выделения основных тепловых аномалий исследуемой территории и их характеристик. Она включает такие этапы, как:
1. Анализ статистических характеристик фрагментов снимков, который позволил выявить высокий коэффициент корреляции между значениями яркости максимумов гистограмм и значениями температур воздуха для данной территории в день съёмки. Это позволяет сосредоточить внимание на относительных тепловых контрастах территории, не принимая во внимание абсолютные величины.
2. Построение «временных образов» тепловых аномалий на основе анализа квантованных изображений, отражающих относительные изменения интенсивности теплового излучения между объектами.
3. Классификация тепловых аномалий по типам динамики относительной интенсивности теплового излучения и составление «Карты тепловых зон Москвы».
4. Классификация тепловых аномалий города по признакам их устойчивости во времени и пространстве (на примере территории Северо-Западного административного округа).
5. Изучение влияния «теплового острова города» на объекты различных типов на основе сравнения сопоставимых фрагментов снимков на территорию Москвы и запада Московской области.
Таким образом, результатами работы являются: методика анализа разносезонных снимков в тепловом инфракрасном диапазоне и картографические материалы, отражающие классификации тепловых аномалий по их динамическим свойствам.
Результаты работы позволили выявить некоторые географические закономерности в изменении геотемпературного поля города в целом и различных городских объектов. Так, выявлено мощное «охлаждающее» влияние территорий, покрытых древесной растительностью, в тёплый период года. При этом хорошо заметны различия в отображении на тепловых снимках жилых кварталов с различной степенью озеленения. На тепловых снимках (особенно полученных в холодный период года) также очень хорошо прослеживается тепловое загрязнение природных вод, основные потоки загрязнённых водных масс. Детальный анализ динамики свойств тепловых аномалий позволяет выявить связь между особенностью функционирования промышленных предприятий и их тепловыми характеристиками.