lp5. aplicații ale teledetecției în · pdf filebiogeografie – lucrări practice...

Download LP5. Aplicații ale teledetecției în · PDF fileBiogeografie – Lucrări practice 3 5.2. Materiale și metode În cadrul acestei lucrări practice se vor realiza aplicații cu ajutorul

If you can't read please download the document

Upload: ngohanh

Post on 06-Feb-2018

225 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

  • Biogeografie Lucrri practice

    1

    LP5. Aplicaii ale teledeteciei n biogeografie

    5.1. Semnificaia spectral a vegetaiei

    Vegetaia acoper o mare parte din suprafaa terestr. n tiin, analiza dinamicii vegetaiei sau evaluarea strii acesteia se realizeaz cu ajutorul mijloacelor de teledetecie. Principalul avantaj l reprezint capacitatea vegetaiei de a reflecta radiaia electromagnetic incident, oferind astfel informaii calitative i cantitative precise privind anumite particulariti pe care le deine.

    Structura intern a frunzei prezint o serie de caracteristici n acest sens:

    Parenchimul palisad reprezint stratul de celule situat imediat sub epiderm. Acesta conine clorofila, proteina responsabil pentru captarea energiei solare i realizarea procesului de fotosintez, precum i o serie de pigmeni care absorb lumina vizibil (carotenoizii, antocianinele, etc.). Lumina este absorbit n totalitate n zona albastrului i roului, n timp ce n zona verdelui este absorbit doar o parte; de aceea, culoarea vegetaiei este perceput de ochiul uman ca fiind verde;

    Parenchimul spongios formeaz stratul de celule intern, care permite circulaia intercelular a gazelor. Acesta cauzeaz refracia a 50% din energia NIR (infrarou apropiat), proprietate specific numai vegetaiei.

    n Figura 6.1 se poate observa cum radiaia vizibil (albastru-verde-rou) este parial reflectat de stratul superior de celule, n timp ce radiaia invizibil (n infrarou apropiat) este n parte absorbit (circa 50%), n parte reflectat de ctre parenchimul spongios (restul de 50%).

    Figura 5.1. Structura intern a frunzei i interaciunea acesteia cu radiaia electromagnetic (dup SEOS, 2014)

  • Biogeografie Lucrri practice

    2

    Senzorii spectrali nregistreaz o cantitate foarte mic de energie n zona albastru i rou, ceva mai ridicat n zona verdelui i foarte consistent n infrarou apropiat (Fig. 5.2).

    Rspunsul spectral sau reflectana vegetaiei este dat de combinaia dintre valorile reduse ale reflectanei n zona spectrului vizibil i de valorile ridicate ale reflectanei n zona spectrului infrarou apropiat.

    Figura 5.2. Rspunsul spectral al vegetaiei (dup SEOS, 2014)

    Tabelul 5.1. Lungimile de und ale radiaiei electromagnetice n spectrul vizibil i infrarou

    Spectrul (banda) Lungimea benzii Lungimea de und (m)

    Vizibil (1, 2, 3)

    Albastru (Blue) 0,45 - 0,52

    Verde (Green) 0,52 - 0,6

    Rou (Red) 0,63 - 0,69

    Invizibil (4, 5, 7)

    Infrarou foarte apropiat (VNIR) 0,76 - 0,9

    Infrarou apropiat (NIR) 1,55 - 1,75

    Infrarou n unde scurte (SWIR) 2,08 - 2,35

    Figura 5.3. Diferenierea rspunsului spectral pentru componentele geografice (Baldridge et al., 2009; DiBiase & Dutton, 2014; CIT, 1999, 2002)

  • Biogeografie Lucrri practice

    3

    5.2. Materiale i metode

    n cadrul acestei lucrri practice se vor realiza aplicaii cu ajutorul unei scene satelitare Landsat ETM+ (Enhanced Thermatic Mapper Plus) selectat pentru teritoriul Romniei i descrcat prin intermediul portalului Global Land Cover Facility (GLCF), http://glcf.umd.edu/data/. Indicativul scenei este: L7CPF20000719_20000930_09 (NASA Landsat Program, 2000), iar fiierele descrcate reprezint benzile spectrale: 1, 2, 3, 4, 5 i 7:

    p185r028_7t20000822_z34_nn10

    p185r028_7t20000822_z34_nn20

    p185r028_7t20000822_z34_nn30

    p185r028_7t20000822_z34_nn40

    p185r028_7t20000822_z34_nn50

    p185r028_7t20000822_z34_nn70

    Selectarea se realizeaz cu ajutorul coordonatelor geospaiale Path/Row (pentru teritoriul Romniei, path = 182 185, iar row = 27 29).

    Scenele satelitare au o dimensiune spaial de 185 185 km i o rezoluie de 28,5 m. Data achiziionrii poate varia ntre anii 1999-2003, cu precizarea c portalul pune la dispoziie scene de calitate superioar, fr acoperire cu nori sau cu acoperire neglijabil pentru analizele de teledetecie. Pentru uurina interpretrii detaliilor, din imaginea original a fost extras o subscen care surprinde un mediu geografic complex, att prin prisma diversitii caracteristicilor componentelor naturale, ct i a cadrului antropizat. Subscena cuprinde dou uniti de relief - Munii Retezat i Depresiunea Haegului. Procesarea imaginii este realizat n aplicaia ENVI v4.7 (BSC, 2009).

    Figura 5.4. Scena satelitar Landsat ETM+ L7CPF20000719_20000930_09 i subscena extras n vederea interpretrii caracteristicilor vegetaiei: Munii Retezat i Depresiunea Haegului (combinaia

    de benzi spectrale 321)

    http://glcf.umd.edu/data/

  • Biogeografie Lucrri practice

    4

    5.3. Combinaii de benzi spectrale

    Combinarea benzilor spectrale are ca rezultat imagini n culori care reflect, n funcie de benzile utilizate i de ordinea acestora, rspunsul spectral. Iat cteva indicaii utile n interpretarea caracteristicilor vegetaiei pe baza combinaiilor de benzi spectrale (Short, 1982):

    Observai diferenele ntre tonurile de gri sau de culoare. Acestea sunt indicii ale particularitii anumitor elemente geografice, iar clasele de acoperire a terenurilor pot fi delimitate pe baza lor;

    Forma i particularitile spaiale ale componentelor geografice pot servi la identificarea altor elemente;

    Compararea a dou sau a mai multor scene din anotimpuri sau ani diferii este util pentru lmurirea unor neclariti privind natura anumitor componente geografice. Dac nu se constat modificri ale tonurilor de gri sau de culoare, mai mult ca sigur c nu reprezint componente ale vegetaiei (pot fi suprafee de roc sau sol, suprafee construite, .a.). Vegetaia nregistreaz obligatoriu modificri de la un sezon la altul, iar acest lucru apare clar pe scenele satelitare. Tonurile luminoase indic o abunden a clorofilei (mai ales n cazul foioaselor), n timp ce tonurile mai nchise arat cantiti reduse sau absena acesteia;

    Obinei informaii suplimentare despre spaiul analizat din fotografii, documente, rapoarte, articole, etc. Rezultatele obinute n urma analizei spectrale trebuie ntotdeauna validate, confruntate cu realitatea de pe teren.

    Pentru Landsat ETM+, cele mai uzuale combinaii de benzi pentru interpretarea caracteristicilor vegetaiei sunt redate n Tabelul 3 (GDSC, 2014; Mihai, 2007; Quinn, 2001). nainte de a trece la interpretarea i analiza propriu-zise, se va aplica un stretch liniar de 2%, practic obinuit care are ca efect mbuntirea substanial a contrastului imaginii vizate (Mihai, 2007).

    Tabelul 5.2. Combinaii de benzi spectrale i semnificaia biogeografic a acestora

    Combinaia de benzi spectrale

    Imaginea rezultat Semnificaia biogeografic

    321 rou: 0.61-0.69 m

    verde: 0.51-0.60 m albastru: 0.45-0.51 m

    Combinaia de benzi arat imaginea n culorile spectrului vizibil, aa cum este perceput n realitate. Pentru regiunile montane, principalul dezavantaj al acestei combinaii l constituie incapacitatea de eliminare a efectului de umbr indus de prezena versanilor, care poate fi confundat frecvent cu tonurile nchise de verde ale pdurii de conifere. Banda 2 (verde) permite diferenierea principalelor tipuri de vegetaie: pdurile de conifere, de foioase i pajitile. Totui, lipsa benzilor n infrarou limiteaz diferenierea detaliat a acestora (Quinn, 2001).

  • Biogeografie Lucrri practice

    5

    432 VNIR: 0.76-0.90 m rou: 0.61-0.69 m

    verde: 0.51-0.60 m

    Este una dintre combinaiile de benzi clasice, n care vegetaia este evideniat de culoarea roie, tonurile mai deschise reprezentnd un rspuns spectral mai puternic. Banda 4 (VNIR = infrarou foarte apropiat) permite diferenierea tipurilor de vegetaie. Pdurile de foioase apar n tonuri de rou intens, iar coniferele n nuane nchise de brun-rocat (Short, 1982). Pajitile verzi sunt redate n nuane de rou deschis, pe cnd pajitile alpine i subalpine dezvoltate pe soluri bogate n umiditate apar n nuane deschise de albastru-turcoaz.

    742 SWIR: 2.08-2.35 m VNIR: 0.76-0.90 m verde: 0.51-0.60 m

    Prezena benzilor 7 i 4 ale infraroului permit diferenierea n nuane de verde i roz a suprafeelor cu vegetaie i a celor fr vegetaie. Rspunsul spectral al vegetaiei este redat de banda 4 (VNIR) n tonuri de verde, iar coninutul de ap din substrat i nveliul vegetal este evideniat de banda 7 (SWIR) n tonuri de roz nchis-cenuiu i verde-cenuiu (Mihai, 2007). Pdurile de conifere sunt redate de culoarea verde nchis, foioasele de nuanele de verde aprins, iar pajitile de culoarea verde deschis (Quinn, 2001).

    453 VNIR: 0.76-0.90 m SWIR: 1.55-1.75 m rou: 0.61-0.69 m

    Este combinaia optim pentru diferenierea vegetaiei, datorit prezenei celor dou benzi ale infraroului (4 i 5). Acestea determin nuanri mai accentuate ale vegetaiei (Mihai, 2007). Banda 5 (infrarou n unde scurte) este sensibil la variaiile coninutului de ap din frunze sau din sol. Vegetaia apare n nuane de portocaliu i brun, tonurile mai deschise evideniind un rspuns spectral mai puternic al vegetaiei, iar cele mai nchise un rspuns mai slab. Nuanele de verde vor fi mai vizibile n cazul n care vegetaia reflect mai mult n SWIR (infrarou de unde scurte) i mai puin n VNIR (infrarou foarte apropiat). Suprafeele fr vegetaie i cele construite, tipice pentru arealele urbane, apar n nuane de albastru i gri (GDSC, 2014).

  • Biogeografie Lucrri practice

    6

    5.4. Indicele Normalizat de Difereniere a Vegetaiei (NDVI)

    NDVI este indicele de vegetaie cu cea mai larg utilizare n analizele de teledetecie asupra nveliului vegetal (Tucker, 1979). A fost creat de ctre un grup de cercettori care monitorizau schimbrile sezoniere ale vegetaiei din Podiul Preriilor (o unitate fizico-geografic avnd un gradient latitudinal ridicat), n scopul ameliorrii efectelor azimutului solar diferit de la nord la sud (Rouse et al., 1973).

    Vegetaia sanogen (cu cantitate mai mare de clorofil) absoarbe cea mai mare parte a ca