Особливості спектральних характеристик об’єктів

Практично всі методи ДЗЗ базуються на аналізі специфічних особливостей об’єктів відбивати, поглинати й випромінювати ЕМ хвилі в різних спектральних діапазонах. Вивчення характеристик відбивної здатності дає теоретичну основу для інтерпретації об’єктів по набору СЯ або їх співвідношенню. У цій області класичними є дослідження Є.Л. Кринова та інш., що розробив спектрометричну класифікацію природних утворень у видимій ділянці ЕМ, які потім були продовжені в ІЧ-діапазоні. Усе різноманіття об’єктів у ландшафті він розділив на чотири класи, кожний з яких відрізняється своєрідною кривою СЯ (рис. 1):

- 1 клас (гірські породи й ґрунт) характеризується збільшенням СЯ в міру наближення до червоної зони ЕМ спектра.

- 2 клас (рослинний покрив) відрізняється характерним максимумом відбивної здатності в зеленій, мінімумом – у червоній і різким збільшенням відбиття в ближній ІЧ зонах.

- 3 клас (водні поверхні) характеризується монотонним зменшенням відбивної здатності від синьо-зеленої до червоної зони спектра, оскільки хвилі зі збільшенням довжини сильніше поглинаються водою.

- 4 клас (снігові поверхні й близькі до них хмари) має найбільш високі значення СЯ з невеликим зниженням у ближній ІЧ зоні. Зниження різко збільшується при насиченні снігу водою.

Рисунок 6.1. Криві спектральної яскравості

В умовах України найбільший інтерес представляє вивчення рослинного покриву. Для більш детальної ідентифікації видів і стану рослинних масивів необхідно знати, чим обумовлені особливості відбиття, поглинання й вторинного теплового випромінювання енергії в рослин різних видів, чим відрізняються їхні спектральні образи і як вони змінюються під впливом різних факторів. Як показано на рис. 6.1, рослинний покрив різко відрізняється по спектральних характеристиках від водних поверхонь, сніжного покриву й гірських порід.

Спектральні характеристики рослин в основному визначаються здатністю їх листя пропускати, поглинати й відбивати сонячне випромінювання й істотно залежать від довжини хвилі. Найбільш чітко характерні риси відбивної здатності рослин проявляються при переході від видимого діапазону спектра до ближньої ІЧ зони. У видимому діапазоні відбувається досить сильне поглинання з більшим максимумом відбивної здатності в зеленій частині спектра. При цьому тільки невелика частина сонячної енергії відбивається від поверхні листку, яка практично прозора для видимого сонячного випромінювання. Поглинання й відбиття відбуваються в хлоренхімі – своєрідній структурі, що притаманна рослинному листку. Хлорофіл поглинає сонячне випромінювання синьої й червоної частин спектра, а – зелені промені в основному відбиває. Цим пояснюється зелений колір листя й локальний максимум спектральної кривої у цій зоні. У ближньому ІЧ діапазоні спостерігається максимум відбивної здатності рослинності. Величина відбиття в основному залежить від виду рослинності.

Зі збільшенням довжини хвилі (13-2,5 мкм) відбивна здатність зеленої рослинності знову знижується. Потік сонячної енергії цієї частини спектра поглинається структурною водою листка. При цьому є два характерні мінімуми – близько 1,43 і 1,93 мкм, що збігаються з аналогічними смугами поглинання для води. У цілому вміст води в листках впливає на конфігурацію кривої спектрального відбиття. Чим воно нижче, тим сильніше відбивна здатність у видимому діапазоні й тем менше в ближньому ІЧ діапазоні.

Розглянуті особливості спектральних характеристик зеленої рослинності проявляються як в окремому листку, так і в рослинних масивах у цілому незалежно від їхнього виду. Важливо, що при якісному збігу характеристик різні види рослинності мають характерні риси, як у положенні піка спектра, так і в загальній конфігурації кривої спектрального відбиття. Ці особливості разом з іншими характеристиками (текстура, колір і т.д.) дозволяють ідентифікувати різні види рослин та визначати їх життєвий стан.

Спектральні характеристики рослинності, як правило, змінюються протягом вегетаційного сезону. При цьому різні види рослин мають свої характерні періоди, коли особливості їх спектральних образів проявляються найбільш чітко. Саме в ці періоди доцільно використовувати дані ДЗЗ для їхнього розпізнавання.

Рослинність є найбільш чутливим компонентом природних екосистем. На склад, розвиток і фізіологічний стан рослинності, а, отже, і на її спектральні характеристики сильно впливають як довготермінові природні фактори (кліматична зона, ландшафт, тип ґрунту й т.п.), так і короткострокові погодні умови (опади, коливання температури, сонячна радіація й т.п.). Достатність опадів і тепла сприяє швидкому росту біомаси, нестача опадів пригнічує її та створює пожежонебезпечні умови в цій місцевості.

Рослини реагують на зміни зовнішніх умов зміною пігментації, структури мезофілу, вмісту вологи в листах і т.д. Така реакція особливо відчутна в екстремальних ситуаціях, наприклад, при різкій зміні рівня ґрунтових вод, засоленості або забрудненості ґрунту, посусі. Нестача опадів приводить, зокрема, до зміни структури рослини. Наслідком цього буде різке падіння відбивної здатності рослин у ближній ІЧ ділянці спектра. На рис. 2 показана спектральна відбивна здатність здорових (крива 1) і ушкоджених (крива 2) листів.

Рисунок 6.2. Спектральна відбивна здатність здорових (1) і ушкоджених (2) листів

Фізіологічний стрес у рослин призводить також до виродження хлорофілу. У результаті зменшується поглинання й, відповідно, збільшується відбиття сонячного випромінювання в синій та червоній частинах спектра. При цьому майже зникає локальний максимум у зеленій частині спектра й рослини втрачають зелений колір. Таким чином, графік спектрального відбиття в рослин, що перебувають у несприятливих умовах, стає більш плавним, а поріг зміни відбивної здатності при переході від червоної до ближньої ІЧ ділянки спектру помітно зменшується, як це видно на рис. 6.2.

Зазначені вище закономірності лежать в основі методів дистанційної індикації фізіологічного стану рослинності й раннього розпізнавання стресових ситуацій, пожежної небезпеки та наявності корисних копалин в ґрунті.

Поиск по сайту: