Особенности поведения диэлектрических и радиоизлучательных характеристик солончаков с разным типом почвенного засоления в микроволновом диапазоне

Для устойчивого развития аграрного сектора актуальна своевременная достоверная информация о гидрологических изменениях, способных повлиять на биологическую продуктивность почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Оперативный мониторинг происходящих гидрологических изменений (в том числе, почвенных и гидрологических засух) возможен на основе дистанционного микроволнового зондирования солончаков, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду и здоровье проживающего в данной местности населения. Однако широкое использование солончаков в качестве дистанционных индикаторов происходящих гидрологических изменений, основанное на зависимостях диэлектрических и излучательных характеристик поверхности солончака от температуры, влажности и засоленности, сдерживается недостаточной изученностью закономерностей и особенностей сезонной динамики физических и излучательных характеристик солончаков от влажности, температуры, концентрации и типа солей.
Современное состояние почв России подробно описано в Национальном докладе «Глобальный климат и почвенный покров России [1], где оценены существующие тренды и риски деградации почвенных и земельных ресурсов России, проанализированы сценарии деградации земель в России по отдельным регионам и субъектам. Солончаки, характеризующиеся высокой концентрацией растворимых солей в поверхностном слое [2], представляют собой сложную динамически развивающуюся систему, физико-химические свойства которой зависят от погодно-климатических условий, увлажненности, типа и количества минеральных солей. Применение существующих дистанционных методов зондирования почвенного покрова на засолённых почвах сопряжено с возникновением значительной погрешности, зависящей от компонентного состава почвенных солей и засолённости. Актуальными проблемами являются диагностика засоления, картографирование и дистанционный мониторинг засолённых почв с использованием спутниковых данных [3].
В работе [4] изучен химический состав минеральных солей донных отложений и солевых корок соровых солончаков. В работе [5] показана возможность картографирования соровых солончаков, характерных для аридных территорий на юго-востоке европейской части России, на юге Западной Сибири и в Забайкалье. Для спутникового картографирования солончаков предложено использовать среднемноголетние значения NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный разностный вегетационный индекс) и NDWI (Normalized Difference Water Index - нормализованный разностный водный индекс), рассчитываемые по данным Landsat. В работе [6] приведены результаты комплексного анализа полевых наблюдений с 1989 по 2008 годы, спутниковых данных Landsdat, SPOT, геоинформационных систем для дистанционного мониторинга площадей озёр и солончаков на юге Западной Сибири. Полученные результаты показывают перспективность использования спутниковых данных для мониторинга процессов аридизации.
В работе [7] приведены результаты ретроспективного и текущего дистанционного мониторинга изменений площадей озёр как индикаторов аридизации на юге Западной Сибири. Использовались снимки Landsat и Spot на четырех полигонах вдоль субмеридионального трансекта в интервале 20 лет. Для выделения солончаков и водных объектов на снимках MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) разработаны специальные индексы. В работе [8] предложено использовать в качестве дистанционных индикаторов опустынивания: 1)площадь выделов, занятую засолёнными почвами и солонцами; 2) степень и химизм засоления почв; 3) глубину залегания и минерализацию грунтовых вод.
В работе [9] предложен дистанционный метод мониторинга динамики солончаков в период с 2002 по 2019 год, основанный на машинном обучении. Метод апробирован на примере крупнейших водно-болотных угодий в дельте реки Янцзы. В [10, 11] предложен метод картирования солончаков, основанный на использовании спектрально-временных оптических данных Sentinel-2 (S2), Landsat 8, SAR Sentinel-1. В работе [12] осуществлена идентификация видов солончаков на основе кратковременного временного интервала NDVI по оптическим снимкам спутника HuanJing-1 (HJ-1). Спутниковые оптические изображения HJ-1 с высоким пространственно-временным разрешением использовались для мониторинга фенологических изменений растительности солончаков в провинции Цзянсу (КНР). В работе [13] осуществлена оценка площади солончаков и изменений состояния с использованием 35-летних снимков Landsat на примере эстуария реки Тежу. Показано, что сочетание NDWI и VI (англ. Vegetation Index) позволяет эффективно картировать площадь солончаков в эстуариях.
В данной работе приведены результаты исследований солончаков Алтайского края. В качестве основных объектов исследования были выбраны солончаки, различающиеся по типу засоления: 1) солончак, прилегающий к супергалинному озеру Мормышанскому; 2) солончак, прилегающий к содовому озеру Петухово; 3) солончак, прилегающий к горько-соленому озеру Большое Яровое.
Получены следующие основные результаты:
1. Экспериментально изученные закономерности и особенности поведения диэлектрических и радиоизлучательных характеристик солончаков с разным составом солей.
2. Выявленная суточная и сезонная (летняя) динамика диэлектрических характеристик солончаков, зависящих от совокупного влияния температуры, влажности, засолённости.
3. Предложен дистанционный микроволновый индикатор гидрологических изменений территории на основе дистанционного мониторинга солончаков и пересыхающих гиперсолёных озёр.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 25-27-20020 "Разработка методов дистанционного мониторинга солончаков как индикаторов гидрологических изменений территории (на примере Алтайского края)", http://rscf.ru/project/25-27-20020/.