Анотація до роботи:

Антоненко В.С. Агрометеорологічний моніторинг посівів сільськогосподарських культур в Україні аерокосмічними засобами (теоретичне обґрунтування, методи реалізації). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук. – Спеціальність 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2002.

Дано теоретичне обґрунтування вимог до принципів побудови системи агрометеорологічного моніторингу посівів с.-г. культур та її інформаційного забезпечення, засобів і методів вимірювань, функціонування стаціонарних аерокосмічних полігонів. Встановлено закономірності просторово-часової мінливості характеристик спектральної відбивної здатності посівів на різних рівнях просторової генералізації. Отримано градуювальні характеристики спектрофотометра для посівів та оцінено їх просторово-часову мінливість. Встановлено зв'язок радіаційних характеристик посівів в області фотосинтетично активної радіації із спектральними коефіцієнтами енергетичної яскравості посівів. Встановлено закономірності добового і вегетаційного ходу формування поля радіаційної температури посівів в залежності від параметрів рослинного покриву, вивчено вплив оводненості рослин на їх спектральну відбивну здатність. Розроблено динамічну модель формування урожаю озимої пшениці, що описує весь життєвий цикл культури. Розроблено методи оцінки стану посівів основних с.-г. культур в Україні за даними дистанційних спектрофотометричних обстежень посівів. Запропоновано комплекс методів прогнозування врожайності с.-г. культур в Україні, що адаптують аерокосмічну інформацію.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що полягає в теоретичному обґрунтуванні та розробці методів реалізації агрометеорологічного моніторингу посівів с.-г. культур в Україні із застосуванням аерокосмічних засобів, спрямованого на поліпшення агрометеорологічного забезпечення сільського господарства України, що має важливе народногосподарське значення.

Головні наукові і практичні результати роботи:

1. Дано теоретичне обґрунтування вимог до принципів побудови системи моніторингу і її інформаційному забезпеченню, засобів і методів вимірів, функціонування стаціонарних тестових аерокосмічних полігонів.

2. Оцінено просторову мінливість СКЕЯ посівів основних с.-г. культур по окремому полю, господарству, адміністративному району і області. На основі цих оцінок розраховане мінімальне число полів, яке необхідно обстежити спектрометричним методом, щоб отримати достовірні середні значення із заданою погрішністю і довірчою імовірністю. Установлено, що вибірки спектрометричних даних обстежень по великих площах (території області, ґрунтово-кліматичній зоні) в більшості випадків неоднорідні. Неоднорідність вибірок виявляється у відхиленні розподілу значень відношення СКЕЯ К_пр від нормального, а також у розбіжностях середніх значень , отриманих для того ж самого масиву полів у обстежуваній області, але за різних умов освітленості і різній висоті Сонця h_о. Виявлено причини виникнення такої неоднорідності.

3. Встановлено особливості денного (у зв'язку зі зміною висоти Сонця h_о) і вегетаційного (у зв'язку з динамікою забарвленості та архітектоніки посіву) ходу К_пр. Визначено, що значення К_пр тієї ж самої ділянки посіву (окремого поля) нижче при більш високих значеннях висоти Сонця: мінімальні значення К_пр спостерігаються опівдні. Установлено закономірне зниження значень К_пр у процесі вегетації при незмінних значеннях параметрів продуктивності посіву і висоти Сонця.

4. Розроблено моделі урахування впливу висоти Сонця на значення К_пр посівів основних с.-г. культур шляхом приведення результатів вимірів до реперної висоти Сонця h_о= 30 з урахуванням структури посіву і вегетаційного ходу спектральної відбивної здатності посівів. Після введення відповідних виправлень, дані вимірів по К_пр на великих площах складають однорідну сукупність, що підкоряється нормальному закону розподілу.

5. Установлено закономірності впливу елементів продуктивності посівів основних с.-г. культур: надземної сирої М та сухої М_сух фітомаси, індексу асимілюючої поверхні L, густоти посіву N і висоти рослин Н, кущистості к_к на значення К_пр. Найбільш тісний зв'язок К_пр встановлено з надземною рослинною масою М.

Для основних с.-г. культур у різні періоди вегетації отримано систему градуювальних характеристик спектрофотометра по надземній рослинній масі М. Установлено, що сортові розходження ГХС по М перебувають у межах погрішності фітометричних вимірів надземної рослинної маси. На основі узагальнення ГХС розроблено розрахунковий метод визначення ГХС в будь-який момент вегетації посівів у різних ґрунтово-кліматичних зонах України. Запропонований метод одержання ГХС дає можливість знизити похибки визначення надземної рослинної маси посівів польових культур у середньому на 20–30 % . Визначено кількісні характеристики граничних максимальних значень М та К_пр протягом вегетації, при яких використання спектрофотометричного методу визначення надземної маси задовольняє вимогам практики.

6. Установлено кількісні характеристики впливу забур’яненості посівів кукурудзи на спектральні коефіцієнти яскравості посівів з різними значеннями надземної маси. Визначено можливі похибки визначення надземної маси кукурудзи у випадку не врахування забур’яненості посіву, що можуть досягати 100 %. Розроблено метод розрахунку ГХС по надземній масі з урахуванням різного ступеня забур’яненості посіву, що дає змогу здійснювати розрахунок надземної рослинної маси за вимірюваним значенням К_пр з похибкою не більше 17 % .

7. Установлені кількісні характеристики показників зв’язку радіаційних характеристик посівів озимої пшениці в області фотосинтетично активної радіації по спектральних коефіцієнтах енергетичної яскравості посіву. На цій основі запропонована модель взаємозв'язку СКЕЯ і радіаційних характеристик посівів, що дає змогу розраховувати функції поглинання і пропущення ФАР посівів озимої пшениці з похибкою не більше 11%.

8. Установлено закономірності добового і вегетаційного ходу формування поля радіаційної температури посівів зернових колосових культур залежно від параметрів рослинного покриву. Показано, що показники продуктивності посівів зернових культур (на прикладі озимої пшениці і ярого ячменю) та цукрового буряка тісно зв'язані з радіаційною температурою посіву, що може бути використане при дистанційній діагностиці стану посівів.

9. Установлені закономірності просторово-часової мінливості фітометричних характеристик посівів цукрового буряка, запропоновані непрямі методи розрахунку маси рослин та коренеплоду. Досліджена мінливість морфологічної структури різних за фізіологічним віком листків цукрового буряка та встановлені на листковій пластині репрезентативні місця взяття висічок для визначення площі та водного дифіциту d_l.

10. На основі встановлених закономірностей впливу d_l. на СКЕЯ посівів цукрового буряка розроблено метод врахування впливу оводненості рослин на їх спектральну відбивну здатність.

Для набору с.-г. культур у лабораторних умовах отримані спектри випромінювання в широкому інфрачервоному діапазоні спектра (2,5–18,0 мкм)для різних умов оводненості різних с.-г. культур (озимої пшениці, гороху, кормового буряка) і визначені найбільш інформативні ділянки спектра; отримані кількісні характеристики зв’язку оводненості рослинних тканин з випромінювальними характеристиками у спектральних діапазонах поглинання води.

11. Розроблено динамічну модель впливу агрометеорологічних умов на формування врожаю озимої пшениці, що описує весь життєвий цикл культури: проростання насіння і формування сходів, період осінньої вегетації, перезимівлю і період весняно-літньої вегетації. Дослідження чутливості моделі та її верифікація на незалежному матеріалі свідчать про адекватність опису процесу, що моделюється, реальному. Точність розрахунку фітомаси і врожайності зерна по моделі не нижча, ніж в існуючих моделях такого класу.

12. На основі встановлених закономірностей зв’язку врожайності зерна озимої пшениці, ярого ячменю і кукурудзи, а також коренеплодів цукрового буряка і насіння соняшника з надземною рослинною масою в різні періоди вегетації розроблена прикладна динаміко-статистична модель розрахунку врожайності основних с.-г. культур на окремому полі по надземній рослинній масі.

13. Розроблено методику оцінки стану посівів основних с.-г. культур в Україні за результатами аерофотометричних обстежень посівів у різні періоди весняно-літньої вегетації, в основу якої покладена шкала оцінки стану посівів польових культур по надземній рослинній масі, а також методика оцінки стану посівів озимої пшениці перед перезимівлею на основі встановлених закономірностей зв’язку СКЕЯ посівів з коефіцієнтом кущистості та інструментального визначення показників нерівномірності посівів.

14. Розроблено методику прогнозу середньої обласної (районної) врожайності озимої пшениці, що дає змогу складати прогноз з завчасністю 1–2 місяці. Вхідною інформацією для прогнозу є матеріали аерофотометричних обстежень стану посівів та декадна агрометеорологічна інформація. Справджуваність прогнозу врожайності при припустимій похибці 20 % становить не менше 80 %.

15. Досліджено можливості поєднання прикладної динамічної моделі продуктивності посіву озимої пшениці та даних аерофотометричних обстежень стану посівів. Показано доцільність контролю динаміки формування продуктивності посівів озимої пшениці на основі періодичного аерофотометричного обстеження стану посівів і розрахунку динаміки формування продуктивності посіву за допомогою моделі продуційного процесу. Розроблено спрощений метод розрахунку врожайності зерна за допомогою динамічної моделі продуктивності посіву по адміністративній області з використанням аерофотометричної інформації.

16. Показана можливість адаптації космічних знімків посівів у розробленій системі оцінок стану і прогнозу врожайності зернових колосових культур. Оцінено збіжність літакових і супутникових вимірів СКЕЯ посівів с.-г. культур. Доведена прийнятність розроблених методів аерофотометричних обстежень посівів для інтерпретації матеріалів супутникової зйомки: максимальна відносна похибка визначення надземної маси на окремому полі по космічному знімку високої роздільної здатності не перевищує 18%. За результатами обробки багатоспектральних зображень визначено оцінки стану посівів зернових колосових культур та виконаний розрахунок їх врожайності. Похибка розрахунку врожайності зерна озимої пшениці по окремому полю не перевищує 24 %, по району – 14 %.

Список основних опублікованих праць за темою диссертації

1. Антоненко В.С. Агрометеорологический мониторинг посевов сельскохозяйственных культур в Украине с использованием аэрокосмических методов.- К.: АртЭк, 2002.- 312 с.

2. Антоненко В.С. Динамическое моделирование роста, развития и формирования продуктивности озимой пшеницы.- К.: АртЭк, 2002.- 64 с.

3. Антоненко В.С., Гойса Н.И. Радиационная температура системы “почва-растение” как фактор состояния посевов сельскохозяйственных культур.- К.: АртЭк, 2002.- 52 с.

4. Антоненко В.С. Пространственно-временная изменчивость характеристик спектральной отражательной способности посевов основных сельскохозяйственных культур в Украине.- К.: АртЭк, 2002.- 60 с.

5. Гаценко Р.В., Антоненко В.С. К методике фитометрических наблюдений на посевах сахарной свеклы // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат.- 1986.- Вып. 223.- С.72-78.

6. Антоненко В.С., Гаценко Р.В. К методике определения площади листовой поверхности сахарной свеклы // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат.- 1988.- Вып. 232.- С.102-109.

7. Антоненко В.С., Гойса Н.И., Мацкевич С.В., Бенедичук Л.Э., Судак В.В., Голубев Г.В. Пространственно-временная изменчивость спектральных коэффициентов яркости посевов озимой пшеницы и ее учет при дистанционной оценке состояния посевов // Труды УкрНИГМИ.- М.: Гидрометеоиздат.- 1989.- Вып. 234.- С. 96-107.

8. Гойса Н.И., Мацкевич С.В., Антоненко В.С., Вербицкий В.В. О связи радиационной температуры посевов озимой пшеницы и ярового ячменя с элементами их продуктивности // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат. - 1989. - Вып. 234. - С.114-120.

9. Антоненко В.С., Мацкевич С.В., Визняк С.В. Взаимосвязь радиационных характеристик посевов озимой пшеницы в области ФАР со спектральными коэффициентами яркости // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат.-1989.- Вып. 234. - С.107-113.

10. Антоненко В.С., Гойса Н.И., Мацкевич С.В., Бенедичук Л.Э., Голубев Г.В., Судак В.В. Влияние высоты солнца на спектральные характеристики озимой пшеницы / В кн.: "Применение методов дистанционной диагностики в сельском хозяйстве".- К.: Наукова думка, 1989.- С.48-51.

11. Антоненко В.С., Гойса Н.И., Бенедичук Л.Э., Мацкевич С.В., Судак В.В. Спектральные коэффициенты яркости посевов озимой пшеницы как показатели продуктивности // Труды УкрНИГМИ.- М.: Гидрометеоиздат. - 1990.- Вып. 238.- С.81-89.

12. Антоненко В.С., Гойса Н.И., Мацкевич С.В. Взаимосвязь характеристик режима ФАР посевов озимой пшеницы со спектральными коэффициентами яркости //Физиология и биохимия культурных растений. - К.: Наукова думка.- 1990.-Т. 22, № 1.- С. 42-47.

13. Гойса Н.И., Антоненко В.С. Об интерпретации результатов авиационных спектрофотометрических обследований посевов озимой пшеницы // Труды УкрНИГМИ.- М.: Гидрометеоиздат.- 1990.- Вып.238. - С.70-81.

14. Антоненко В.С., Гаценко Р.В., Бенедичук Л.Э. Временная изменчивость спектральных коэффициентов яркости посевов ярового ячменя и ее учет при аэрофотометрических обследованиях состояния посева // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат.- 1992.- Вып. 244. - С.116-128.

15. Антоненко В.С., Гаценко Р.В. Методика интерпретации результатов аэрофотометрических обследований посевов ярового ячменя на Украине // Труды УкрНИГМИ. - М.: Гидрометеоиздат.- 1992.- Вып.244.- С.128-141.

16. Антоненко В.С., Гаценко Р.В., Бенедичук Л. Э. Учет засоренности при определении растительной массы посевов кукурузы спектрофотометрическим методом // Труды УкрНИГМИ.- М.: Гидрометеоиздат .- 1992.- Вып. 244.- С.142-150.

17. Антоненко В.С. Теоретические и методические вопросы интерпретации дистанционных спектрофотометрических обследований посевов основных полевых культур в Украине // Метеорология, климатология и гидрология- Одесса: ОГМИ.-1997.-Вып.34.- С.162-183.

18. Антоненко В.С. Оценка состояния посева озимой пшеницы в осенний период вегетации по данным аэрофотометрических обследований и спутниковой съемки // Метеорология, климатология и гидрология- Одесса: ОГМИ.-1999.-Вып.36.- С.158-169.

19. Антоненко В.С. Моделирование влияния агрометеорологических условий на рост, развитие и формирование урожая озимой пшеницы // Метеорология, климатология и гидрология- Одесса: ОГМИ.- 1999.- Вып.38.- С.145-153.

20. Антоненко В.С. Научно-методические основы идентификации параметров модели влияния агрометеорологических условий на рост, развитие и формирование урожая озимой пшеницы // Метеорология, климатология и гидрология- Одесса: ОГМИ.- 1999.- Вып.43. - С. 98-105.

21. Антоненко В.С. Дистанционная инструментальная оценка состояния посевов озимой пшеницы в начальные периоды вегетации // Труды УкрНИГМИ, 2001.- Вып.249.- С.221-229.

22. Антоненко В.С. Теоретические основы построения и функционирования системы информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга агроэкосистем // Метеорология, климатология и гидрология - Одесса: ОГМИ.- 2001.- Вып.44. – С. 102–111.

23. Антоненко В.С. Учет влияния оводненности растений на спектральніе отражательніе характеристики посевов сельскохозяйственніх культур // Метеорология, климатология и гидрология: Межведомственный научный сборник Украины.– Одесса: ОГМИ.- 2002. - Вып.45. – С. 86–94.

24. Кривобок А.А., Антоненко В.С. Опыт автоматизированной тематической обработки космических снимков в цифровом виде с метеорологических спутников NOAA - TIROS (режим HRPT)// Доклады международного семинара по аэрокосмическому мониторингу земных покровов и атмосферы. - К.: Знание.- 1993.- С. 41-49.

25. Антоненко В.С., Гойса Н.И., Гаценко Р.В. Об интерпретации результатов аэрофотометрических обследований состояния посевов основных зерновых культур в Украине // Тезисы докладов научно-практической конференции “Агрометеорологические ресурсы и продукционные процессы в растениеводстве”.– Киев, ЦУОП Госагропрома УССР, 1991.- С.173-174.

26. Кривобок А.А., Антоненко В.С. Опыт автоматизированной тематической обработки многоспектральных изображений, получаемых с ИСЗ TIROS /NOAA // Тезисы докладов научного семинара НАН Украины "Обработка изображений в цифровых системах" - К.: Знание.- 1993.- С.41-43.

27. Кривобок А.А., Антоненко В.С. Алгоритми атмосферної корекції супутникових зображень земної поверхні /В кн.: “Обробка сигналів і зображень та розпізнавання образів”. Праці другої Всеукраїнської міжнародної конференції Київ, 20–24 грудня 1994 р.- Київ, 1994.- С. 123-124.

28. Максимов В.С., Антоненко В.С. Сучасний стан та проблеми аерокосмічного зондування Землі для гідрометеорологічного забезпечення та екологічного моніторингу України / Тези доповідей на VII з’їзді Українського географічного товариства. - Київ, 29 травня–1 червня 1995 р.- 1995.-С.123-124.

29. Антоненко В.С., Гаценко Р.В. Оценка показателей продуктивности посевов сельскохозяйственніх культур по спутниковой информации / В кн.: “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища – 2002”.- Одеса: ОДЕКУ, 2002.- С.106.

30. Krivobok A., Antonenko V. Removal of Atmospheric Effects From Satellite Albedos / IGARSS' 95 Proceedings, 1995.- С. 1174-1177.