Teledetekcja zdrowotności lasów za pomocą średniej podczerwieni. Natalia Zalewska

Transkrypt

1 Teledetekcja zdrowotności lasów za pomocą średniej podczerwieni Natalia Zalewska

2 Powiązanie zawartości wody z zawartością chlorofilu i karotenu w liściach roślin Przebieg krzywej spektralnej roślinności w zakresie widzialnym (0,4 0,7 μm) posiada: - minima reflektancji w przedziale niebieskim (0,4-0,5 μm) i czerwonym (0,6-0,7 μm), - maksimum reflektancji w zakresie zielonym (0,5-0,6 μm). Minima są wynikiem pochłaniania promieniowania wykorzystywanego w procesie fotosyntezy. Natomiast maksymalne odbicie w zakresie zielonym skutkuje tym, że roślinność postrzegana jest w barwie zielonej. Przy analizach szaty roślinnej użyteczne są również zakresy podczerwieni średniej (1,55 1,75 μm oraz 2,05 2,40 μm). Są one rzadziej stosowane w teledetekcji lotniczej, ale są używane przez skanery satelitarne i często stosowane do oceny kondycji lasów. Ostatnim zakresem podczerwieni stosowanym w teledetekcji jest promieniowanie termalne. Zdjęcia termalne rejestrują emisję w zakresach okien atmosferycznych: (3-5 μm oraz 8-14 μm). Zobrazowania w tym zakresie rejestrują rozkład temperatury. Ich zastosowanie to m.in. budownictwo (wykrywanie wad izolacji budynków), analizy klimatu miast (lokalizacja tzw. wysp ciepła), monitorowanie cieków i zbiorników wodnych (zrzuty wód z zakładów przemysłowych), a także analizy zagrożenia pożarowego lasów, czy prognozowanie plonów. Dodatkowo promieniowanie mikrofalowe jest nośnikiem interesujących informacji dotyczących na przykład wilgotności, jednak jego pomiary, zwane pasywnymi, charakteryzują się małą rozdzielczością przestrzenną. Lepszą rozdzielczość przestrzenną uzyskuje się wtedy, gdy pomiary w paśmie mikrofalowym wykonywane są w trybie aktywnym. (T. Zawiła-Niedźwiecki. Teledetekcja i fotogrametria obszarów leśnych)

3

4 Chlorofil-a Długość fali Absorbancja Maksimum1 431,07 nm 1,005 Maksimum2 662,03 nm 0,804 Chlorofil-b Długość fali Absorbancja Maksimum1 458,03 nm 0,583 Maksimum2 646,00 nm 0,190

5 β-karoten Długość fali Absorbancja Maksimum1 454,05 nm 0,303 Dane przykładowe liści pietruszki

6 I/I0 = T T transmitancja A = -ln(t) A- absorbancja gdzie: I0 intensywność wiązki padającej na próbkę, I intensywność wiązki po przejściu przez próbkę. I/I0 = R A= - ln (R) A- absorbancja R- reflektancja gdzie: I0 intensywność wiązki padającej na próbkę, I intensywność wiązki po odbiciu od próbki

7

8

9 Modelowane widma współczynnika odbicia wody dla stężenia chlorofilu 3, 30 i 300 mg.m3 fluorescencyjnie ( linie ciągłe) i bez fluorescencji (kropkowany).

10 Normalized Difference Water Index- NDWI Mid-wave infrared Normalized Difference Water Index lepsze wydobywanie informacji sygnatur wody z tła i zaszumienia szczególnie w obszarach zabudowanych tłumienie cech lądowych a wzmacnianie wodnych (Woda będzie miała większe wartości dodatnie niż w NDWI jako że absorbuje więcej promieniowania w MIR niż w NIR ) większy kontrast między wodą a otoczeniem łatwiejsze wykrywanie subtelnych różnic w jakości wody silna absorbancja wody występuje w długościach fal 1,4 i 1,9 μm oraz 2,90 (2,50) ; 4,65 ; 6,08 μm, słabe około 0,97 i 1,2 μm HANQIU XU Modification of normalised difference water index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery International Journal of Remote Sensing Vol. 27, No. 14, 20 July 2006,

11 Znormalizowane wskaźniki zawartości wody w liściach MNDWI- Mid-wave infrared Normalized Difference Water Index -najwieksza dokładność na zmiany wody w liściach najbardziej zalecany MSRWI-Mid-wave infrared Simple Ratio Water Index- najwyższa dokładność zawartości wody w liściach MSDWI-Mid-wave infrared Simple Ratio Water Index Rekomendowane do badań MNDWI: (Rλ1 Rλ2 )/(Rλ1+Rλ2 ) laboratoryjnych przy pomocy spektrometru oraz jako zastosowanie do MSRWI: Rλ1 /Rλ2 pomiarów z pułapów lotniczych i MSDWI: Rλ1 Rλ2 satelitarnych Saleem Ullah et al. Evaluation of three proposed indices for the retrieval of leaf water content from the mid-wave infrared (2 6 m) spectra. Agricultural and Forest Meteorology (2013) 65 71

12 Wskaźniki EWT Equivalent Water Thickness i GWC Gravimetric Water Content GWC F = (FM - DM)/(FM) i GWC D = (FM DM)/(DM) Grawimetryczna zawartość wody (g) wyrażona jako masa wody na jednostkę masy świeżych/suchych liści FM masa świeżych liści DM- masa suchych liści EWT = (FM - DM)/(ρ w x leaf area) Objętość wody w liściu na jednostkę powierzchni liścia (cm) gdzie ρw jest stałą gęstości czystej wody (g/cm 3 ) SLW= DM/ leaf area- Specific Leaf Weight- zawartość suchej masy próbki (g/cm 2 ) Uwzględnia się : wagową zawartość wody na podstawie liści świeżej masy wagowa zawartość wody na podstawie suchej masy liści ciężar liści strukturę liści Do obliczenia wskaźnika EWT z pułapów lotniczych i satelitarnych wykorzystuje się wskaźniki NDWI (dane Landsat) NDWI (R850 - R2218)/(R850 - R1928) i (R850 - R1788)/(R850 - R1928) EWT (cm) = [(R850 - R1788)/(R850 - R1928)] EWT (cm) = [(R850 - R2218)/(R850 - R1928)] Bisun Datt Remote Sensing of Water Content in Eucalyptus Leaves Aust. J. Bot., 1999, 47,

13 Airborne Multispectral Infrared and Visible Imaging Spectrometer (MIVIS) data

14 Wskaźniki wykorzystujące dane z satelity MODIS Momadou Sow et al. Estimation of Herbaceous Fuel Moisture Content Using Vegetation Indices and Land Surface Temperature from MODIS Data. Remote Sens. 2013, 5, ; doi: /rs

15 Średnią i długą podczerwień stosuje się też pośrednio do określania wieku drzew- większa absorpcja wody u młodych drzew separacji gatunkowej- różnice w reflektancji Ilości drobnoustrojów- bakterii i glonów różnice w widmach reflektancji rozwoju drobnoustrojów przy gorących źródłach i określanie ph wody- (Park Yellowstone)- podczerwień termalna

16 Proponuje się zastosowanie wybranych kamer posiadających detektory w podczerwieni średniej IRC OEM CORE pracująca w zakresie 3.0 μm 5.0 μm, 3.6 μm 4.9 μm, 1.5 μm 5 μm IRC900 Series MWIR InSb Infrared Cameras pracująca w zakresie <1.0μm - 5.3μm IRC800 Series MWIR InSb Infrared Cameras pracująca w zakresie <1.0μm - 5.3μm FLIR RS6700 Series pracująca w zakresie μm FLIR SC6000 MWIR Series pracująca w zakresie μm ; μm ; μm ; μm Oraz dodatkowo kamera temperatury. z detektorem do dalekiej podczerwieni w celu pomiarów IR-TCM 640 high resolution IR camera module pracująca w zakresie μm

17

18

19

20

21 Dziękuję za uwagę