Разработка методов наземного спектрометрирования северной растительности для целей дешифрирования

Спектральные образы растений можно использовать для интерпретации состояния экосистем, его отражения на космических снимках, они необходимы для создания и пополнения библиотек эталонных спектральных образов – справочных баз данных, содержащих значения коэффициента спектральной яркости объектов на земной поверхности, полученные в стандартизированных условиях.
Цель настоящей работы - разработка методов наземного спектрометрирования 34-41для дешифрирования космических снимков и создания библиотек спектральных образов растений.
Основные задачи: сравнительный анализ разных методов измерения образцов растений; рассмотрение влияния условий измерения на спектральные образы измеряемых растений; выявление связи между особенностями образцов и их спектральными образами (разные виды растений, их возраст, состояние, различия в условиях местообитания и др.).
Объектом исследований послужили максимально представительные виды местной флоры и их сочетания, находившиеся в различных условиях.
Измерения проводились четырехканальным спектрометром SkyeInstruments, «SpectroSense2+» и гиперспектрорадиометром ASD Inc., «FieldSpec 3 Hi-Res» (рабочий диапазон 350-2500 нм).
Результаты работы опираются на многолетние полевые и лабораторные эксперименты проведенные на основе географических исследований по территории Кольского полуострова.
Для получения осредненных, статистически достоверных спектральных образов каждое измерение проводили в пятикратной повторности, внутри каждого измерения усреднялся ряд из 64 независимых циклов измерений. Белая калибровочная панель измерялась 2 раза — до и после измерения образца. Всего обработано 190 образцов, включавших 21 вид растений и их фракции.
Виды измерений:
— лабораторные измерения (контактно гиперспектрорадиометром) раститений произрастающих в естественных условиях и в зоне аэротехногенного воздействия, имеющиех разный возраст и состояние;
— полевые сопряженные измерения гиперспектрорадиометром и 4-канальным спектрометром в разных режимах измерений (контактно, бесконтактно);
— полевые суточные измерения динамики спектральных свойств растительности;
— измерения отражательной способности лишайников в связи с их искусственным увлажнением;
— лабораторные измерения индекса листовой поверхности.
Основная гипотеза исследований состояла в том, что в спектральном образе растений и растительности в целом, в качестве индикатора экологического состояния экосистем, будут качественно и количественно отражаться характер и степень техногенного воздействия, содержание влаги, фенологическое состояние, условия произрастания, освещенность и другие факторы.
Выводы.
Проведенный анализ возможностей и ограничений использования методов наземного спектрометрирования для дешифрирования космических снимков и создания библиотек спектральных образов растений позволил установить:
— по кривым спектральной яркости можно различать дешифрируемые виды растений;
— измерения 4-канальным и гиперспектральным спектрометрами дают очень близкие значения коэффициента спектральной яркости одних и тех же образцов (с калибровкой по одной панели);
— данные, полученные при помощи гиперспектрорадиометра, дают новую информацию, интерпретация которой требует дополнительных исследований;
— полевые бесконтактные измерения северных растений гиперспектрорадиометром возможны, но требуют тщательного контроля стабильности режима освещения;
— установлено, что суточные вариации коэффициента спектральной яркости полярным летом значительны (до 50%) в ясную погоду (измерения лучше проводить с 11 до 18 ч.), тогда как при сплошной облачности суточные вариации коэффициента спектральной яркости полярным летом минимальны (~ 10%);
— влияние переотражения от ярких объектов вблизи поля зрения спектрометра значимо, если их высота сопоставима или превышает высоту прибора;

— при измерениях коэффициента спектральной яркости листьев березы (Betula tortuosa Ledeb.) четко индицируются хлорозы и некрозы, даже при поражении их малой части;
— экспериментальные измерения показывают, что увлажнение образцов лишайников может действовать неоднозначно (как повышать, так и понижать значения их коэффициента спектральной яркости);
— влияние видовых особенностей и условий местообитания четко отражается в спектральном образе разных видов северных растений.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант: офи 13-05-12061.