Situace v lednu 2007:
V rámci ESA/PECS projektu nazvaného „Spektrálně-prostorový přechod z úrovně listu na úroveň porostu využitím spektrálních-směrových přístupů pro podporuGMES Sentinel-2 superspektrální mise“ jsou již od roku 2005 vyvíjeny vědci z Ústavu systémové biologie a ekologie (ÚSBE ) Akademie věd České republiky metody odhadu koncentrace zelených listových pigmentů (chlorofylů a+b) a indexu listové plochy (LAI) lesních porostů smrku ztepilého (Picea abies (Karst.) L.) s využitím optických dat vysokého prostorového rozlišení (velikost základní jednotky obrazu kolem 10 m a méně). Tyto postupy jsou založeny na inverzi modelů přenosu slunečního záření přes list a koruny stromů, využívající jako vstupů současná letecká a satelitní optická data, s perspektivou rozšíření i na superspektrální data plánované GMES družice Sentinel-2.
Komplexní pozemně-letecká hyperspektrální kampaň tří měřítek (HYPERTREES – HYPERspectral ThREE Scales) byla uskutečněna v rámci tohoto projektu během září 2006. Data tří měřítkových úrovní – pozemní, letecká a satelitní – byla souběžně nasbírána na trvalé vědecko-výzkumné stanici ÚSBE zvané Bílý Kříž ležící v Moravsko-slezských Beskydách (18.53863°E, 49.50256°N, 936 m n. m.). Experimentální stanice Bílý Kříž je vybavena komplexním pozemním systémem pro monitoring ekosystémových procesů porostů smrku ztepilého, zahrnující především měření toků energií a látek metodou vířivé kovariance (Eddy-kovarianční věž je součástí globální sítě FLUXNET). Tři strukturálně odlišné výzkumné plochy byly vybrány v bezprostředním okolí pro pozemní průzkum kampaně. První plocha reprezentuje mladou stejnověkou smrkovou monokulturu (stáří 28 let, průměrná výška 12,5 m) rostoucí v pravidelném sponu bez výrazného bylinného či keřového podrostu. Další dvě pokusné plochy představují plně vzrostlé smrkové porosty s dominantním zastoupením nepravidelně rozmístněných dospělých smrkových jedinců (stáří přibližně 75 a 110 let). Průměrná výška porostů je řádově 25-30 m a 35-40 m, s bohatým vegetačním podrostem tvořeným mozaikou bylinných společenstev, smrkových a jedlových semenáčků a mladých buků.
Pozemní segment kampaně HYPERTREES 2006 zabezpečil sběr dat potřebných k parametrizaci modelů přenosu slunečního záření přes vegetaci, ale také dat nezbytných pro vyhodnocení kvality konečných mapových produktů získaných z dat dálkového průzkumu Země (DPZ). Z důvodu náležité parametrizace modelů byla zvláštní pozornost věnována důležitým optickým a geometrickým vstupům lesních porostů. Optické vlastnosti smrkových jehlic několika ročníků a adaptací na sluneční ozářenost byly měřeny v integrační optické sféře Li-Cor Li-1800, kombinované s numerickým spektroradiometrem ASD FieldSpec Pro. Stejné vzorky jehlic byly použity pro laboratorní rozbory obsahu chlorofylů a+b, potřebných pro vyhodnocení přesnosti odhadu chlorofylů z optických leteckých a satelitních dat. Z geometrických parametrů pokusných ploch byla pomocí systému laserového dálkoměru kombinovaného s digitálním kompasem řízeného programem k mapování lesních porostů Field Map (IFER, Česká republika) mapována prostorová distribuce stromových jedinců, výšky a tvary jejich korun a další doplňkové metrické charakteristiky (např. digitální model reliéfu). V neposlední řadě proběhlo na všech výzkumných plochách nedestruktivní měření indexu listové plochy (leaf area index – LAI) pomocí tří optických zařízení: Plant Canopy Analyser LAI-2000, digitální kamera Nikon Coolpix 8700 osazená širokoúhlým objektivem zvaným „rybí oko“ a TRAC (Tracing Radiation and Architecture of Canopies). Výsledky měření LAI budou použity k porovnání s hodnotami získanými z DPZ dat.
Letecká část kampaně byla realizována během jednoho, téměř bezoblačného, dne 14. září 2006. Hyperspektrální obrazová data byla nasnímána leteckým VNIR skeneremAISA Eagle (Spectral Imaging, Ltd., Finland), umístněným na palubě fotogrammetrického letadla Cessna TU 206 F provozovaného společností Argus Geo Systém. Celkově 28 letových linií bylo úspěšně zaznamenáno v diurnálním režimu (dopoledne, poledne, a odpoledne) ze tří letových výšek produkujících data tří prostorových rozlišení. Obrazy nejnižšího prostorového rozlišení (6,0 m) jsou zpracovávány tak, aby korespondovali svým spektrálním a prostorovým rozlišením s daty senzoru CHRIS/PROBA. Data střední náletové výšky (velikost strany základního obrazového bodu okolo 3,3 m) budou použita k simulaci obrazu budoucího superspektrálního satelitního systému Sentinel-2. Data nejnižší letové hladiny představují nejdetailnější prostorovou informaci získanou optimální spektrálně-prostorovou kombinací nastavení AISA Eagle systému (64 spektrálních pásem s prostorovým a spektrálním rozlišením přibližně 0,4 m a 10 nm).
Poslední měřítkovou úroveň kampaně HYPERTREES 2006 reprezentují tři akvizice spektroradiometru CHRIS (Surrey Satellite Technology, Ltd., UK) získané pro beskydskou oblast výzkumné stanice Bílý Kříž ze satelitu PROBA (European Space Agency) ve dnech 12., 13. a 22. září 2006. Každá z akvizic obsahuje pět multi-úhlových hyperspektrálních scén zaznamenaných z výšky 553 km nad povrchem Země v pěti zenitových observačních úhlech o velikosti 0°, +/-36° a +/-55°. Scény byly pořízeny v tzv. chlorofylovém CHRIS režimu č. 4, disponujícím 18 spektrálními pásmy mezi 489-792 nm a spektrálním rozlišením od 6 do 11 nm.
Všechny datové řady nasbírané během kampaně jsou v současné době zpracovávány vědeckými pracovníky ÚSBE ve spolupráci s kolegy z Karlovy univerzity v Praze (Katedra fyziologie rostlin). Po ukončení první fáze zpracování budou data využita pro tvorbu a ověření metod převodu spektrální informace z úrovně listu na úroveň korunového zápoje, jež umožní kvantitativní odhad celkového množství chlorofylů a+b a indexu listové plochy horských smrkových porostů ze satelitních dat vysokého prostorového rozlišení (obrazových dat senzorů CHRIS/PROBA a Sentinel-2). Tyto fyzikálně založené kvantitativní postupy DPZ jsou aktuálně vyvíjeny ve spolupráci s vědci z CESBIO laboratoře (Toulouse, Francie) a Wageningen univerzity (Wageningen, Nizozemí, Laboratoř pro geo-informatiku a dálkový průzkum). Jejich plná funkčnost je v rámci ESA/PECS projektu plánována na počátek roku 2009.
czechspace.cz
