Таблица V.l

теристик основных типов покрытия, и определите в прИведенном выше примере, какой из них фактор 1 и какой - фактор 2.. Опишите. спектральные изменения, имеющие отношение к каждому фактору, как показано втабл. УЛ.

V.2. Область с редкими посадками деревьев переходит в. пригородные жилые кварталы. Опишите факторы или явления, которые, по Вашему мнению, влияют на спектральные характеристики этой области от начала реализации проекта застройки до его завершения. (Не нужно, описывать спектральные характеристики подробно).

V.3. Выберите один из исследуемых типов покрытия земли (сельскохозяйственная культура, естественная растительность, вода, городские районы и т. д.) и опишите факторы, которые могут влиять на спектральные характеристики большой географической области в какое-либо определенное время.

V.4. Опишите основные временные изменения лиственного леса, которые влияют на его спектральные характеристики в течение года. (В ответе необязательно описывать более четырех таких временных состояний).

Цели изучения.

После изучения разд. V.2 читатель должен уметь:

1. Написать уравнение энергетического баланса и дать физическую интерпретацию каждого члена уравнения.

2. Описать природу взаимодействия энергии и вещества, когда падающая на листву энергия находится в: а) видимом, б) ближнем инфракрасном и в) среднем инфракрасном диапазонах длин волн.

3. Указать приблизительные диапазоны длин волн (в микрометрах), где поглощение пигментами - хлорофиллом, ксантофиллом и антоцианином (зеленым, желтым и красным, соответственно) влияет на свойства спектральной отражательной способности растительности.

4. Вычислить величину отражательной способности полога леса, состоящего из нескольких слоев листьев, если даны соответствующие компоненты уравнения энергетического баланса для отдельного листа.

5. Определить приблизительное положение в спектре пяти основных зон поглощения зеленой растительности между 0,4 и 238

2,6 мкм и указать причину поглощения в каждом из этих диапазонов волн.

6. Описать изменения свойств отражательной способности растительности как функцию содержания влаги.

V.2. Спектральные характеристики растительности

Спектральная отражательная способность зеленой растительности является характерным признаком и очень изменяется с длиной волны. На рис. V.1 показана типичная кривая спектральной отражательной способности зеленой растительности и

Пигменты Структура листа 2 клетки -

Содержание воды

Доминирующий фактор,влияющий на отражательную способность листа

Основные полосы спектра поглощения

0,4 0.6 0.8

1,0 1.2 1,4 1,6 1,8 2,0 2.2 2,4 2,6 Длина волны (мкм)

Видимый

Отражательный инфракрасный

-Ближний z Средний инфракрасный

g <и инфракрасный о со

Спектральный диапазон

Рис. V.I. Основные характеристики спектрального отклика зеленой растительности

определены основные области спектральной характеристики. В видимом диапазоне длин волн пигментация влияет на спектральные характеристики растений; особенно важен хлорофилл, хотя позднее мы увидим, что другие пигменты растений также играют значительную роль в этом диапазоне спектра. В ближнем инфракрасном диапазойе отражательная способность заметно повыщается, потому что здесь зеленый лист поглощает очень мало энергии. В определенных длинах волн среднего инфракрасного диапазона вода сильно поглощает энергию, и так как содержание влаги в зеленых листьях очень высокое, на спектральный отклик в этой области влияют зоны водного поглощения.

Рассмотрим более подробно физические и биологические механизмы, влияющие на спектральный отклик растительности. При этом обязательно надо учитывать тот факт, что листья растений отражают, поглощают и пропускают падающее излучение, таким способом который, как хорошо сказал Гейтс [1], «характерен только для пигментированных клеток, содержащих водные растворы». Эти взаимосвязи, как функция длины волны X, представлены в виде уравнения энергетического баланса

l%==R%+Ax + Tx, (V.l)

где Ix-падающая энергия; отраженная энергия; А%-

поглощенная энергия; Тх - пропускаемая энергия. Большинство приборов дистанционного зондирования, которые работают в диапазоне длин волн 0,3-3,0 мкм, измеряют только отраженную энергию, поэтому целесообразно представлять эту взаимосвязь в виде

Rx=h-(Ax-\-Tx), (V.2)

т. е. отраженная энергия равна падающей энергии минус сумма энергий поглощения и пропускания

Если мы вновь обратимся к рис. уЛ, где подробно изображена отражательная способность зеленых листьев, то прежде всего заметим, что в синей и красной областях видимого диапазона спектра отражательная способность очень низкая. Эта низкая отражательная способность соответствует двум полосам поглощения хлорофилла и обусловлена тем, что хлорофилл, содержащийся в листе, поглощает большую чарть падающей энергии в этих диапазонах длин волн, расположенных приблизительно при 0,45 и 0,65 мкм [2]. В видимом диапазоне длин волн большая часть энергии, падающей на зеленый лист, поглощается, и очень небольшое количество пропускается через лист. Поэтому уравнение энергетического баланса показывает, что в видимом диапазоне спектра падающая непоглощенная энергия в основном отражается. Относительное отсутствие поглощения на длинах волн между двумя полосами поглощения хлорофилла обусловливает максимум отражательной способности, имеющий место приблизительно при 0,54 мкм, т. е. в зеленой области длин волн. Таким образом, мы можем сказать, что в основном из-за относительно низкого поглощения в зеленой области длин волн нормальная, здоровая листва воспринимается глазом как зеленая. Когда растение находится в состоянии стресса и образование хлорофилла уменьшается, отсутствие пигментации хлорофиллом вызывает уменьшение поглощения энергии растениями в полосах поглощения хлорофилла. Такие растения обладают гораздо более высокой отражательной способностью, особенно в красной части спектра, и поэтому кажутся желтоватыми или «хлоротическими».