4. Спектральный образ как дешифровочный признак

Сельскохозяйственное производство связано с культивированием, в основном, травянистой растительности. В дистанционном изучении растительности можно выделить следующие основные направления:

• изучение естественных кормовых угодий;

• дешифрирование сельскохозяйственных культур, наблюдение за их развитием, прогнозирование урожайности;

• обнаружение заболеваний и повреждений растений.

Современные возможности многозональной цифровой съёмки позволяют в значительной степени успешно решать задачи перечисленных направлений используя спектральные характеристики травяной растительности.

Спектральная характеристика отразившегося от растений излучения в интервале длин волн λλ = 0,4—2,6 мкм, зависит, в основном, от интенсивности поглощения радиации хлорофиллом в видимой области и водой в средней ИК (инфракрасной) зоне спектра, а также от интенсивности отражения, обусловленного особенностями гистологии листьев, в ближней ИК зоне λλ = 0,75—1,3 мкм.

М

Рис. 9.3

ногочисленными исследованиями установлено, что спектральная отражательная способность здоровых зеленых травянистых растений различных видов мало варьирует. Типичный ход кривойКСЯ (коэффициентов спектральной яркости) растений показан на рис. 9.3 .

В видимой области спектра происходит наиболее интенсивная ассимиляция лучистой энергии растениями. Максимум поглощения приходится на интервалы λλ = 0,40—0,47 мкм в синей и λλ = 0,59—0,68 мкм в красной зонах спектра, максимум отражения — в зеленой' зоне с экстремумом около 0,54 мкм.

В ближней ИК зоне отражательная способность растений максимальна —40—50 % и более. Зависит она от структуры мезофилла листьев. Поскольку структурные межвидовые различия бывают существенны, то наибольшие различия КСЯ растений наблюдаются именно в этой зоне спектра.

Ход кривой КСЯ в средней зоне λλ = 1,3-2,6 мкм определяется интенсивностью поглощения радиации водой в интервалах с максимумами около 1,4; 1,9 и 2,6 мкм. Интегральный уровень отражения в этой зоне

зависит от содержания влаги в листьях — зависимость обратная (рис. 9.4).

Ф

Рис. 9.4

енологическая динамика растений, а также изменения, обусловленные дефицитом питательных веществ и воды, избыточной засоленностью почв, приводят к большей или меньшей трансформации исходной кривой КСЯ. По мере развития растений, пока окраска их определяется хлорофиллом, наблюдается некоторое снижение интенсивности отражения в видимой области спектра и увеличение в ближней ИК зоне. В период созревания культур и увядания, вследствие неблагоприятных условий произрастания, в формировании цветового аспекта растений начинают превалировать каротины, центофиллы (желтые пигменты) и антецианины (красные пигменты). Интенсивность отражения в видимой области спектра при этом увеличивается, ход кривой КСЯ выравнивается с постепенным повышением по мере увеличения λ и несколько уменьшается в области ближней ИК зоны.

Анализ спектральной отражательной способности растений в интервале λλ = 0,4—2,5 мкм и ее изменений во времени позволяет надеяться, что при правильном выборе параметров многозональной съемочной системы и сроков съемки можно решить ряд практических задач по определению вида растений и их состояния.

Большое практическое значение имеют исследования возможности дистанционного изучения сельскохозяйственных культур, особенно зерновых, оценка их состояния и развития, прогнозирование урожайности.

Одним из важнейших факторов, определяющих спектральную отражательную способность растительных покровов, является их морфология. Изучению морфологии, в основном применительно к культурной растительности, уделяется большое внимание в России и за рубежом (работы Ю. К. Росса, Г. К. Сюитса, Т. Р. Синклера, М. М. Шрайбера, Р. М. Хоффера и др.) Предполагается, что морфология полога — пространственное распределение листьев и их ориентация — изменяется в зависимости от сорта культуры, качест- ва посева, условий произрастания, фенофазы и др. Если это так, то морфология полога может использоваться при оценке состояния посевов и прогнозировании урожайности.

Наиболее распространенным критерием морфологии полога является проективное покрытие (ПП) —процент закрытия почвы растительностью. За рубежом находит широкое применение иной критерий — индекс площади листьев (ИПЛ), выражающийся отношением площади листьев к площади их ортогональной проекции на землю. Оба критерия, как показали многочисленные исследования, тесно связаны с надземной биомассой, которая, в свою очередь, может использоваться при оценке ожидаемой урожайности культуры, например, зерна. Следовательно, через спектральную характеристику изучаемых культур можно прогнозировать урожайность.

152