Взгляд из космоса

Традиционный способ наблюдения за процессами, протекающими на поверхности и в атмосфере Земли, осуществляется с помощью наземной сети пунктов и постов наблюдения. В России такая сеть входит в систему Росгидромета и распространяется даже на районы Арктики и Антарктики. Однако этот метод сбора информации требует больших человеческих и материальных ресурсов, работы людей в труднодоступных районах с суровыми климатическими условиями. В то же время развитие передовых космических технологий позволяет осуществлять сбор большинства необходимых данных о природе более эффективно и с меньшими затратами. Конечно, развитие в области изучения, мониторинга и прогнозирования состояния Земли, ее климата, опасных стихийных явлений, катастроф и чрезвычайных ситуаций, влияния человеческой деятельности на состояние окружающей среды требует использования космических методов и средств наблюдений. На сегодняшний день одним из таких приоритетных направлений Роскосмоса является космический мониторинг или дистанционное зондирование земли (ДЗЗ).

Надо отметить, что в Красноярском научном центре СО РАН данное направление активно развивается, в том числе и сотрудниками лаборатории радиофизики дистанционного зондирования Института физики имени Л.В. Киренского. В частности, ученые работают над проблемой определения влажности почвы с помощью мониторинга природных сред. По словам исполняющего обязанности заведующего научного сотрудника лабораторией Константина Музалевского, определение восстановления влажности почвы по всей поверхности земли имеет важное значение для гидрометеорологии, создания климатических моделей, учета баланса влаги и тепла в глобальном масштабе. За более чем 20 лет группе ученых под руководством заведующего лабораторией, член-корр. РАН Валерия Миронова удалось разработать уникальную диэлектрическую модель, позволяющую связывать влажность, плотность, температуру почвы с ее электрофизическими характеристиками.

«По диэлектрическим измерениям в США была проведена большая работа — американским ученым удалось измерить параметры 12 типов почв. Однако существовала огромная проблема — никто не мог эти измерения обработать и получить итоговый информационный продукт. В Красноярске два человека — Сергей Фомин и Валерий Миронов создали диэлектрическую модель, позволяющую обрабатывать полученные данные. В основе «модели Миронова» лежат физические законы, которые связывают электрофизические параметры с физическими параметрами. Эта программа является частью сложного алгоритма, который переводит данные яркости земли в параметры влажности почвы. Одной из частей этого алгоритма является наша модель, без которой переход данных невозможен. Эта связь задается формулами, которые могут быть запрограммированы, рассчитаны и внедрены в любой soft», - рассказал Константин Музалевский.

В результате проделанной работы красноярские ученые опубликовали статью, которую разместили в свободном доступе. Работу заметили в Европейском космическом агентстве. В 2009 году европейский спутник SMOS был запущен российской ракетой с космодрома Плесецк. В данный космический аппарат была внедрена «модель Миронова», где она функционирует и по сей день. Информация, получаемая аппаратом SMOS, находится в открытом доступе для всего мира. Каждый заинтересованный пользователь может скачать как первичные данные — яркость поверхности земли, так и вторичные — влажность почвы.

Сотрудники лаборатории радиофизики дистанционного зондирования. Слева направо: Миронов В.Л., заведующий лабораторией; Музалевский К.В., Фомин С.В., Богданов А., Шатов Д.С., фото 2004 года.

«Мы тоже можем свободно пользоваться этими данными, но ведь эти данные не наши. Они созданы на базе западного аппарата. Этот информационный продукт протестирован в основном для европейских и американских земель и «заточен» под их территории. Конечно, модель универсальная, но мы понимаем, что на российской территории она не тестировалась. Хотя у нас есть свои спутники и своя большая земля. Именно поэтому мы хотим получать свой продукт», - добавил Константин Музалевский.

Как заметил ученый, от результатов мониторинга состояния окружающей среды в значительной мере зависят управленческие решения в области продовольственной политики, развития инфраструктуры городов, распоряжения водными, лесными и другими ресурсами, а также прогнозирования природно-техногенных катастроф. Получение глобальных оперативных данных о состоянии экосистемы Земли возможно только с помощью измерительных средств космического базирования, поскольку наземная наблюдательная сеть охватывает не более 30% территории Земли. Уже сейчас экономическая эффективность космического дистанционного зондирования весьма высока. Кроме того, с помощью космического мониторинга можно получить ценные знания для оценки состояния сельскохозяйственных культур — прогнозировать урожай, рассчитывать точное время для необходимых поливов. Также может прогнозироваться паводковая ситуация — контроль разливов рек и водохранилищ, осуществляться мониторинг снежного покрова, контроль снеготаяния и условий перезимовки растений. Другая область применения связана с арктическими территориями — по измерению влажности почв можно судить о деградации вечной мерзлоты, а по уровню обводненности этой территории можно прогнозировать технологические катастрофы. Кроме того, дистанционное зондирование дает возможность контролировать лесные, тундровые и степные пожары.

Как отметил Константин Музалевский, сейчас в России начинают работать в этом направлении — ведутся работы по созданию космических аппаратов дистанционного зондирования, идет подготовка людей, которые будут обеспечивать его информационное и научное сопровождение.

«У нас есть идея применить «модель Миронова» для наших спутников, например для «Метеор-М». На сегодняшний день существует 6 действующих российских спутников, которые относятся к дистанционному зондированию. (Для сравнения, в Китае их более 50, в Америке — около 100). Из 6 наших аппаратов 4 предоставляют первичный информационный продукт, проще говоря — фотографию. Безусловно, это нужно. Но, тем не менее, выходит так, что все наши спутники дистанционного зондирования предоставляют информацию в виде картинки. По европейским стандартам это самый низший уровень обработки информации. Там спутники выдают не только первичную информацию, но и высоту снега, влажность почвы, индекс биомассы, объемы углекислого газа, выделенного на определенной площадке, и так далее. Этого в России пока нет», - сказал ученый.

Помимо ДЗЗ, ещё одно направление лаборатории — применение навигационных спутниковых систем GPS/Глонасс для зондирования природных объектов поверхности земли. Красноярские ученые провели исследования по измерению толщины льда на реках, что позволяет определять уровень опасности ледовой переправы.

«Наша лаборатория, наверное, единственная в России занимается использованием сигналов спутников GPS/Глонасс для зондирования природных объектов поверхности земли. Размещенный над поверхностью земли радиоприемник ловит сигнал спутника, отраженный от ее поверхности. Именно амплитуду сигнала, отраженного от поверхности земли, мы научились обрабатывать таким образом, чтобы извлекать оттуда нужную информацию — толщину льда. Ставя такие приемники на мостах или в местах, где часто устраиваются переправы, мы можем прогнозировать и анализировать толщину льда, ее изменения», - рассказал Константин.

Сколько задач не решай, а их количество все равно остается безмерным. Таков мир науки. Сейчас красноярские ученые всерьез задумались о создании российского космического информационного продукта, специализированного для российской действительности. Для достижения цели необходимо задействовать наши спутники, ведь точность данных, получаемых для России европейскими космическими аппаратами — большой открытый вопрос.

Ольга Пестова