CC BY
111
УДК 528.871.5
СПЕКТРАЛЬНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА СУЗУНСКОГО БОРА
Юрий Сергеевич Отмахов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Центральный сибирский ботанический сад» СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории геосистемных исследований, тел. (383)339-97-63, e-mail: otmachov@mail.ru
В работе приводятся данные об отражательной способности растительных объектов. Выявлена важная роль в ближнем ИК диапазоне состав растительных сообществ: больше пропускается излучения в сосновых лесах, а большее отражение наблюдается в мелколиственных лесах. При увеличении водной поверхности болотных массивов снижается их отражательная способность. Проведённые исследования показывают возможности обнаружения объектов растительного и антропогенного происхождения по данным ДЗЗ среднего пространственного разрешения.
Ключевые слова: растительность, дистанционное зондирование, спектральная сигнатура, отражательная способность.
THE SPECTRAL REFLECTANCE OF VEGETATION OF THE SUZUN FOREST
Yury S. Otmakhov
Central Siberian botanical garden Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Zolotodolinskaya 101, Ph. D., researcher of the geosystem laboratory, tel. (383)339-97-63, e-mail: otmachov@mail.ru
The paper presents data about the spectral reflectance of plant communities. An important role in the near-infrared range has the types of vegetation, and the other half is reflectance. Found that when the increased water surface wetlands, then reduced their reflectivity. The studies show the possibility of detection of objects of flora and the anthropogenic origin of remote sensing data of medium spatial resolution.
Key words: vegetation, remote sensing, spectral signature, reflectance.
Спектральные характеристики объектов земной поверхности - необходимый элемент геоинформационной системы, предназначенный для решения задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Как правило, включают набор атрибутов, описывающих объекты с таким уровнем информативности и детализации, который позволяет отличить один объект от другого по его спектральным свойствам (Чандра, Кош, 2008).
В настоящее время в библиотеках спектральных характеристик (USGS spectral library, JPL spectral library, ASTER spectral library и др.) хранится информация о спектральной отражательной способности минералов, горных пород, грунтов, жидкостей, летучих соединений, замороженных летучих соединений, растительности, искусственных материалов и др. в разных диапазонах. Прообразом современных спектральных библиотек по праву можно считать «Атлас спектральных кривых отражения природных образований» и «Каталог
спектральных коэффициентов яркости природных образований» Е.Л. Кринова. В его работе «Спектральная отражательная способность природных образований» (Кринов, 1947) содержатся данные по отражательной способности лесных насаждений, кустарников, травяного покрова, мхов, почв, и т.п. в разных районах.
Изучение отражательной способности растительного покрова проводилось на территории Сузунского бора (Новосибирская область, Алтайский край). Для выявления спектральных характеристик объектов использованы данные ДЗЗ с космического аппарата Канопус-В (дата 04 августа 2015г., время 05:46 по Гринвичу). Спектральные диапазоны съёмки (каналы): 1. синий-0.46-0.51 мкм; 2. зеленый-0.51-0.60 мкм; 3. красный-0.63-0.69 мкм; 4. ближний ИК-0.75-0.84 мкм. При изучении спектральных характеристик использованы средние значения и стандартные отклонения спектральных сигнатур пикселов в пределах выбранных полигонов растрового изображения (данных ДЗЗ).
Лесные сообщества (1-5). Кривая спектра имеет схожие черты (рис.): чёткий крутой максимальный подъём в ближней ИК-области спектра, второй максимум приходится на синем участке спектра и минимум - в красном канале. Спектры берёзово-осиновых (4) и лиственнично-берёзовых лесов (5) имеют абсолютное сходство. У сосновых лесов (1) и берёзово-сосновых лесов (2) имеется различие в ближней ИК части. Отдельно, чуть выше этих спектров расположен спектр берёзовых лесов (3), здесь важную роль играет структура листвы.
140
120 100 О 80
н
60 40
20
0
12 3 4
Рис. Кривые спектральной отражательной способности объектов Сузунского бора. По оси х - спектральные каналы, по оси у - средняя отражательной способности, «усы» -стандартное отклонение. 1. Сосновые леса; 2. Берёзово-сосновые леса; 3. Берёзовые леса; 4. Берёзово-осиновые леса; 5. Лиственнично-берёзовые леса; 6. Семенихинская согра; 7. Шипицинская согра; 8. Болото Ключное; 9. Болото Пиявочное; 10. Болото Зимнее; 11. Болото Макариха; 12. Озеро Галкино; 13. Озеро Песчаное; 14. Озеро Фёдорово; 15. Озеро Теле-утское; 16. Озеро Барсуково; 17. Река Объ; 18. Река Чумыш; 19. Железная дорога;
20. Грунтовая дорога
Согры (6-7). По характеру спектра наблюдается схожесть с группой лесных сообществ. Это объясняется тем, что согры представлены заболоченными берёзовыми лесами. В Семинихинской согре (6) отмечен гораздо больший подъём в ближнем ИК диапазоне, по сравнению с Шипицинской согрой. В этом диапазоне заметен эффект, связанный с окнами поглощения воды.
Болота (8-11). Ключное (8), Пиявочное (9), и Зимнее (10) болота имеют схожие спектры, т.к. они имеют схожее покрытие растительности. Спектры имеют плавный спад от синего до красного канала и подъём на ближней ИК области спектра. Кривая спектра болота Макариха (11) располагается гораздо ниже предыдущих и равномерно поднимается в направлении ближнего ИК участка спектра.
Озёра (12-16). Спектры озёр Песчаное (13) Телеутское (15) плавно снижаются от синего к ближнему ИК частям и только у озёр Галкино (12) и Фёдорово (14) наблюдается плавный подъём в ближней ИК области.
Реки (17-18). Кривая имеет сильное падение в видимой и очень пологое понижение в ближней ИК-области спектра, соответствует чистой воде реки Чумыш (18). Кривая расположена существенно выше предыдущей кривой и имеет резкое падение в ближней ИК-части спектра соответствует мутной воде реки Объ (17).
Дороги (19-20). Спектр имеет более крутой подъем на синем и ближнем ИК спектре, соответствует грунтовым дорогам (20). Спектр железной дороги расположен чуть выше и имеет плавный спад к ИК части спектра.
В заключении можно отметить, что спектральные характеристики изученных объектов имеют различия отражательной способности в видимом и ближнем ИК диапазонах. Важную роль в ближнем ИК диапазоне играет состав растительных сообществ, так больше пропускается излучения в сосновых лесах, а большее отражение наблюдается в мелколиственных лесах. Увеличение водной поверхности в болотных массивах ведет к снижению ее отражательной способности во всем спектральном диапазоне отраженного излучения. Наибольшей отражательной способностью обладает мутная водная поверхность рек. Пик отражения озёр с большим покрытием растительности, приходится на зеленую часть спектра.
Проведённые исследования показывают возможности распознавания объектов растительного и антропогенного происхождения по данным ДЗЗ среднего пространственного разрешения. Рассмотренные спектральные характеристики объектов могут быть применены к информации, получаемой с космического аппарата Канопус-В.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 16-05-0908 А.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кринов Е. Л. Спектральная отражательная способность природных образований. -М.-Л. АН СССР, 1947. - 273 с.
2. Чандра А. М., Гош С. К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы / Пер. с англ. А.В. Кирюшина. - Москва: Техносфера, 2008. - 312 с.
© Ю. С. Отмахов, 2016
