Отражательные, поглотительные и пропускающие свойства листвы

Спектральные характеристики растений определяются в основном способностью их листвы отражать, поглощать и пропускать солнечную энергию.

Листья имеют достаточно сложное внутреннее строение. На процессы отражения и поглощения солнечной энергии влияют, главным образом, внутренние части листа, а не его поверхность. Поверхность листа почти прозрачна для солнечного излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Только пренебрежимо малая часть потока солнечной энергии отражается от поверхности листьев.

Общая схема взаимодействия падающего потока ЭМИ с живым листом приведена на рисунке 3.13. Как видно из схемы, голубая и красная зоны спектра поглощаются, а зеленая часть спектра отражается хлоропластами, и это определяет зеленый цвет рас­тительности. ИК-излучение проходит через хлоропласта, но силь­но отражается от клеток губчатого мезофилла.

Отражательная, поглотительная и пропускающая способности живого листа для падающего потока излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазонов (Кронберг, 1988).

Рассмотрим типичный энергетический спектр здоровых ли­стьев в диапазоне 0,4-2,6 мкм. В диапазоне 0,4— 0,45 мкм (голубая зона) происходит сильное поглощение излу­чения хлорофиллом. В интервале 0,48-0,60 мкм отражательная способность листьев значительно выше (зеленый цвет листвы). На участке 0,6-0,7 мкм (красная часть спектра) также как и в голубой зоне отмечается сильное поглощение ЭМИ хлорофил­лом. В ближней инфракрасной области (0,7-1,3 мкм) происхо­дит сильное отражение (30-70 %) излучения поверхностью ли­ста за счет большого градиента свойств границы воздуха и стенки клетки. В более длинноволновой части инфракрасного диапазона 1,3-2,5 мкм кривая спектрального отражения здоровой зеленой листвы снова снижается. В этой части спектра поток солнечной энергии поглощается содержащей воду мягкой тканью листа. При этом минимумы отража­тельной способности листвы (1,54 и 1,96 мкм) совпадают с мак­симумами поглощения излучения водой чистой.

Отражательная способность здоровых зеленых листьев и поглотительная способность воды (Кронберг,1988)

Изучение зависимости между содержанием воды и спектральным отражением на примере листьев маиса (рис. 34), показало, что падающий поток энергии при незначительной влажности листьев (в первую очередь в среднем отраженном диапазоне инфракрасного излучения) отражается наиболее сильно.

Рис. 34. Спектральная отражательная способность листьев с различным содержанием воды (кукурузные листья) [115]: 1 – <40%; 2 – 40-54%; 3 – 54-66%; 4 – >66%.

И для съемки, и для обработки спектральных данных дистанционного зондирования существенно то, что графики спектрального отражения отдельных типов растительности и различных растительных сообществ имеют свои особенности в определенном интервале длин волн как в положении пика спектра, так и в конфигурации кривой спектрального отражения (рис. 35). Эти характерные особенности спектрального отражения позволяют проводить дешифрирование разных видов растительности по данным дистанционного зондирования и в наиболее благоприятных случаях совместно с другими критериями (например, с текстурными особенностями изображения) отождествлять фотообразы растительности с тем или иным ее видом. Здесь, безусловно, необходимо напомнить, что составление карт землепользования, как правило, проводится на аэрофотоснимках крупного масштаба с высоким разрешением (предпочтительно на цветных инфракрасных спектрозональных фотоматериалах). Критериями для обработки в этом случае служат среди прочих кронообразование и высота произрастания разных видов растений.

Рис. 35. Спектральная отражательная способность сосны, дуба и березы (Brothers, Fish, 1978).