Δορυφορική Τηλεπισκόπηση Υψηλής Φασματικής Ανάλυσης του Δασικού Θόλου, Λιγνίνη, Άζωτο και Διαδικασίες Οικοσυστημάτων

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 20:28, 11 Μαΐου 2014

[[1]]

Ecological Application 7 (2) (1997) 431–443 by the Ecological Society of America

Mary E. Martin & John D. Aber

Περίληψη

Η Τηλεπισκόπηση της χημικής σύνθεσης των φύλλων έχει αναγνωριστεί ως ένα σημαντικό στοιχείο στην παραγωγή μεγάλης κλίμακας χωρικά αναλυτικών εκτιμήσεων της λειτουργίας των δασικών οικοσυστημάτων. Αυτή η μελέτη σχεδιάστηκε για να προσδιορίσει εάν δεδομένα από Εναέριους Φασματογράφους Απεικόνισης Ορατού/Υπέρυθρου (AVIRIS) της NASA θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του δασικού θόλου σε χωρική ανάλυση 20 μέτρων, και αν ναι, να χρησιμοποιηθούν οι πληροφορίες αυτές για να αναπτυχθεί ένα μοντέλο παραγωγικότητας του οικοσυστήματος. Δείγματα φυλλωμάτων και νεκρών αποσυντιθόμενων φύλλων συλλέχθηκαν σε 40 περιοχές μελέτης στο Νησί Μπλακχοκ (Blackhawk Island) του Ουισκόνσιν, και το Δάσος Χάρβαρντ (Harvard Forest) στη Μασαχουσέτη, με σκοπό τον προσδιορισμό των επιπέδων του αζώτου και των συγκεντρώσεων λιγνίνης στον δασικό θόλο. Κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας πεδίου, δεδομένα AVIRIS αποκτήθηκαν για τις δύο περιοχές μελέτης. Εξισώσεις αναπτύχθηκαν, οι οποίες συσχέτιζαν το άζωτο με τη λιγνίνη σε επιλεγμένες φασματικές ζώνες (R2 5 0,87 και 0,77, αντίστοιχα). Οι εξισώσεις αξιολογήθηκαν βάσει στατιστικών εντός της ίδιας περιοχής και σύγκρισης διαφορετικών περιοχών. Οι εξισώσεις αυτές στη συνέχεια εφαρμόστηκαν σε όλα τα εικονοστοιχεία έτσι ώστε να δημιουργηθούν αναλυτικές εκτιμήσεις του αζώτου και της λιγνίνης του δασικού θόλου και για τις δύο περιοχές μελέτης. Αυτές οι εκτιμήσεις συγκεντρώσεων αζώτου και λιγνίνης χρησιμοποιήθηκαν με τα υπάρχοντα μοντέλα για να προβλεφτεί η καθαρή παραγωγικότητα του οικοσυστήματος στο Δάσος Χάρβαρντ και τα ποσοστά ανόργανου αζώτου στο Νησί Μπλάκχοκ.

Λέξεις κλειδιά: AVIRIS, δασικός θόλος, ισορροπία του άνθρακα σε ένα οικοσύστημα, λιγνίνη, άζωτο, δορυφορική τηλεπισκόπηση, φασματική ανάλυση

Εισαγωγή

Οι μετρήσεις των διαδικασιών ανακύκλωσης θρεπτικών συστατικών και φωτοσύνθεσης είναι κρίσιμης σημασίας για την εκτίμηση της ανταλλαγής των αερίων του θερμοκηπίου μεταξύ εδάφους, βλάστησης, και ατμόσφαιρας. Παραδοσιακά, τέτοιες μετρήσεις από το πεδίο είναι χρονοβόρες και παρέχουν πληροφορίες μικρής κλίμακας. Η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με μοντέλα οικοσυστημάτων και προσφέρει μια νέα προσέγγιση την παρακολούθηση της λειτουργίας των δασικών οικοσυστημάτων σε περιφερειακή κλίμακα.

Για τα δασικά οικοσυστήματα, η χημική σύνθεση των φυλλωμάτων είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό, υπό την έννοια ότι παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις διεργασίες του οικοσυστήματος και μπορεί να ανιχνευθεί από απόσταση. Μελέτες πεδίου έχουν δείξει μια στενή σχέση μεταξύ της χημικής σύνθεση των φυλλωμάτων και τον ρυθμό αποσύνθεσης νεκρής οργανικής ύλης, τα οποία επηρεάζουν την ανακύκλωση των θρεπτικών συστατικών. Μάλιστα, το περιεχόμενο των φυλλωμάτων σε άζωτο σχετίζεται στενά με τον μέγιστο ρυθμό φωτοσύνθεσης. Οι σχέσεις μεταξύ της χημικής σύνθεσης του δασικού θόλου και δεδομένων δορυφορικής τηλεπισκόπησης έχουν διερευνηθεί σε μια ποικιλία δασικών οικοσυστημάτων. Σε αυτές τις μελέτες, φασματικά δεδομένα από το εγγύς υπέρυθρο (NIR) τμήμα του φάσματος (1100-2500 nm) συσχετίστηκαν με δεδομένα μετρήσεων πεδίου (π.χ. άζωτο, λιγνίνη, άμυλο). Δεδομένα για αυτές τις μελέτες αποκτήθηκαν με τη βοήθεια του Airborne Imaging Spectrometer (AIS) και του Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS). Παρόλο που τέτοιες μελέτες κατέδειξαν την πιθανή χρησιμότητα της τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση της χημικής σύστασης των φυλλωμάτων, η χρήση αυτών των εκτιμήσεων γα την ανάπτυξη μοντέλων, υπήρξε περιορισμένη. Οι πρωταρχικοί στόχοι της έρευνας που παρουσιάζεται ήταν ο καθορισμός των σχέσεων μεταξύ AVIRIS φασματικών δεδομένων και μετρήσεων πεδίου για τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης του δασικού θόλου και τη χρήση των σχέσεων αυτών για την τροφοδότηση μοντέλων με σκοπό την άντληση χωρικών εκτιμήσεων της χημείας του δασικού θόλου (Wessman et al., 1988).

Μέθοδοι

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη συλλέχθηκαν από το δάσος Δάσος Χάρβαρντ, στη Μασαχουσέτη, και το Νησί Μπλάκχοκ, στο Ουισκόνσιν (ΗΠΑ). Είκοσι περιοχές μελέτης βρίσκονται σε κάθε μία περιοχή και επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα της βιοποικιλότητας και χημικής σύνθεσης φυλλωμάτων. Στο Δάσος Χάρβαρντ συναντάει κανείς είτε δάση μικτών πλατύφυλλων ειδών, όπως βελανιδιές (Quercus rubra) και σφένδαμο (Acer rubrum), είτε είδη κωνοφόρων, όπως πεύκη (Pinus resinosa, P. strobus) και έλατο (Abies balsamea). Το Νησί Μπλάκχοκ είναι μια φυσική περιοχή που περιέχει ένα ευρύ φάσμα των τύπων δασών, συμπεριλαμβανομένων δέντρων, όπως ο σφένδαμος (Acer saccharum), η φλαμουριά (Tilia americana), η μαύρη βελανιδιά (Quercus velutina) και είδη πεύκου.

Συλλογή δεδομένων πεδίου

Συλλογές δεδομένων πεδίου έγιναν για να προσδιοριστούν οι εποχιακές διακυμάνσεις της χημείας των φύλλων και να ποσοτικοποιηθεί η χημική σύνθεση των περιοχών μελέτης που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση AVIRIS.

Για να προσδιοριστεί η εποχιακή διακύμανση του περιεχομένου των φύλλων σε άζωτο και λιγνίνη σε κωνοφόρα και πλατύφυλλα είδη, συλλέχθηκαν φύλλα κατά διαστήματα τριών εβδομάδων κατά το διάστημα ανάπτυξης κατά τα έτη 1989-1990 (1989: 30 Ιουνίου ,19 Ιουλίου, 7 Αυγούστου, 1η Σεπτεμβρίου και 8 Οκτωβρίου και 1990: 19 Ιουνίου, 10 Ιουλίου, 31 Ιουλίου, 27 Αυγούστου, 18 Σεπτεμβρίου και 16 Οκτωβρίου). Φύλλα συλλέχθηκαν από μεμονωμένα δέντρα για την αξιολόγηση της χρονικής μεταβλητότητας του περιεχομένου σε άζωτο και λιγνίνη των φυλλωμάτων. Κατά τη διάρκεια κάθε δειγματοληψίας, τα φύλλα συλλέχθηκαν από τρία δέντρα κάθε είδους. Κάθε δείγμα ήταν ένα σύνθετο φύλλων από τρία διαφορετικά ύψη μέσα στον δασικό θόλο. Τα δείγματα αναλύθηκαν για άζωτο και λιγνίνη (% ξερή μάζα) χρησιμοποιώντας τη μέθοδο εγγύς υπέρυθρου (NIR) (McLellan et al., 1991).

Δείγματα πράσινων φύλλων συλλέχθηκαν εντός 10 ημερών από τις AVIRIS πτήσεις για να καθοριστεί η χημεία του κάθε είδους σε κάθε περιοχή μελέτης (HF: 18 - 23 Ιουνίου, 1992, BHI: 26 - 29 Ιουνίου, 1992). Σε κάθε περιοχή μελέτης, εντοπίστηκαν όλα τα κυρίαρχα είδη ποώδους βλάστησης και επιλέχθηκαν πέντε δέντρα από κάθε είδος και συλλέχθηκαν πράσινα φύλλα. Φύλλα συλλέχθηκαν από νεαρά κλαδιά του δασικού θόλου και από διάφορα ύψη και αναλύθηκαν για το περιεχόμενό τους.

Ξερά φύλλα σε αποσύνθεση, τα οποία συλλέχθηκαν με καλάθια (κάθε 2-3 εβδομάδες), τα οποία είχαν τοποθετηθεί στο έδαφος κάθε περιοχής μελέτης για ένα διάστημα τριών μηνών (1/9 - 15/12) για τα φυλλοβόλα δέντρα και εννέα μηνών για τα αειθαλή (1/9 – 30/5), αναλύθηκαν επίσης για το περιεχόμενό τους σε λιγνίνη και άζωτο.

Δεδομένα τηλεπισκόπησης - AVIRIS

Ο Εναέριος Φασματογράφος Ορατής / Υπέρυθρης Απεικόνισης (The Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer - AVIRIS) έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί από το Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης (Jet Propulsion Lab - JPL) για την απεικόνιση υψηλής φασματικής ανάλυσης της Γης πετώντας σε υψόμετρο 20 χιλιομέτρων επί του αεροσκάφους ER-2. Η χωρική ανάλυση του οργάνου αυτού είναι περίπου 20 μέτρα, με κάλυψη ανά εικόνα πλάτους 614 εικονοστοιχεία. Κάθε χωρική εικόνα συλλέγεται με ένα μηχανισμό σάρωσης κάθετο προς την κατεύθυνση της πορείας του αεροσκάφους. Η AVIRIS μετρά 224 συνεχόμενες φασματικές ζώνες για κάθε εικονοστοιχείο που κυμαίνονται από 0,4 έως 2,4 χιλιοστά, με μία φασματική ανάλυση 10 νανόμετρα. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από τον AVIRIS διορθώνονται ραδιομετρικά. Αυτές οι διορθώσεις μετατρέπουν ψηφιακούς αριθμούς σε τιμές ακτινοβολίας για κάθε εικονοστοιχείο. Δεδομένα AVIRIS αποκτήθηκαν για το δάσος Harvard στις 15 Ιουνίου 1992, και για το Νησί Μπλάκχοκ στις 21 Ιουνίου, 1992.

Συλλογή Βοηθητικών Δεδομένων

Πραγματοποιήθηκαν επίγειες μετρήσεις ανάκλασης μεγάλων, ομοιόμορφων θέσεων αναφοράς (αμμώδες έδαφος και νερό) από την περιοχή μελέτης Νησί Μπλάκχοκ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου αρκετών ημερών γύρω από τις ημερομηνίες πτήσης. Αυτά τα δεδομένα συλλέχθηκαν με τον GER Mark IV φασματογράφο και χρησιμοποιήθηκαν για ατμοσφαιρικές διορθώσεις.

Το γεωγραφικό μήκος και πλάτος στοιχείων των λήψεων από τον AVIRIS προσδιορίστηκαν με τη χρήση του ενός παγκοσμίου συστήματος εντοπισμού θέσης (GPS). Το όργανο Trimble Pathfinder χρησιμοποιήθηκε για να προσδιοριστούν οι συντεταγμένες των δρόμων και άλλων χωρικών στοιχείων εντός της περιοχής μελέτης. Τα δεδομένα GPS που συλλέχθηκαν σε ότι αφορά το γεωγραφικό πλάτος και μήκος διορθώθηκαν με σημείο αναφοράς δεδομένα που συλλέχθηκαν από το Λέξινγκτον της Μασαχουσέτης (80 km από το δάσος Harvard). Τα σημεία ελέγχου (κυρίως διασταυρώσεις), κατανεμημένα σε όλη την εικόνα, αντιστοιχούν σε σημεία GPS και χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργήσουν συντεταγμένες πίνακα μετασχηματισμού που επέτρεψε την χαρτογράφηση του γεωγραφικού πλάτους και μήκους σε εικονοστοιχεία.

Το μέσο σφάλμα ήταν περίπου 1 εικονοστοιχείο. Η αρχική επιλογή της περιοχής μελέτης ήταν τέτοια ώστε η ζώνη γύρω από κάθε περιοχή μελέτης να περιέχει παρόμοια είδη σε σύνθεση, για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων που οφείλονται σε λανθασμένη ταξινόμηση εικονοστοιχείου. Δεδομένα θέσης σε παγκόσμια κλίμακα δεν ήταν διαθέσιμα για το Νησί Μπλάκχοκ. Ένας ψηφιοποιημένος χάρτης, συμπεριλαμβανομένων των θέσεων των περιοχών μελέτης, καταχωρήθηκε στην εικόνα για να καθορίσει τις θέσεις εικονοστοιχείων.

Ατμοσφαιρικές διορθώσεις

Ακριβείς μετασχηματισμοί της AVIRIS ακτινοβολίας σε ανακλαστικότητα στο επίπεδο του δασικού θόλου πρέπει να πραγματοποιηθεί πριν οι εικόνες που λήφθηκαν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές μπορούν να συγκριθούν. Η ακρίβεια αυτών των διορθώσεων είναι ζωτικής σημασίας για τη βιωσιμότητα της τηλεπισκόπησης ως εργαλείο παρακολούθησης οικοσυστημάτων. Πολυάριθμες μέθοδοι ατμοσφαιρικής διόρθωσης αξιολογήθηκαν για δεδομένα AVIRIS. Αρκετές από αυτές τις μεθόδους έχουν εφαρμοστεί σε δεδομένα AVIRIS για το Blackhawk Island και το Δάσος Χάρβαρντ. Μια πλήρης επανεξέταση και σύγκριση των αλγορίθμων ατμοσφαιρικής διόρθωσης μπορεί να βρεθεί σε Clark et al. (1993, 1994).

Τα δεδομένα από την περιοχή μελέτης Blackhawk διορθώθηκαν ατμοσφαιρικά χρησιμοποιώντας δεδομένα εδάφους. Χρησιμοποιώντας δεδομένα πεδίου, εργαστηρίου και AVIRIS φασματικά δεδομένα, προέκυψαν αντισταθμιστικοί παράγοντες και πολλαπλασιαστές για να μετατραπεί η ακτινοβολία AVIRIS σε ανάκλαση εδάφους. Για τη μελέτη αυτή, λήψεις από το Δάσος Χάρβαρντ και το Νησί Μπλάκχοκ διορθώθηκαν στο Κέντρο για τη Μελέτη της Γης από το Διάστημα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα ατμοσφαιρικής διόρθωσης, ATREM των Gao et al. (1991, 1992). Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τις πληροφορίες εντός του φάσματος ακτινοβολίας AVIRIS για την εκτίμηση των υδρατμών της ατμόσφαιρας για κάθε εικονοστοιχείο, οι οποίες, με τη σειρά τους, εφαρμόζονται σε ένα μοντέλο μεταφοράς ακτινοβολίας για την εξαγωγή δεδομένων ανακλαστικότητας. Για την αφαίρεση συστηματικών σφαλμάτων στα διορθωμένα δεδομένα κατά το μοντέλο ATREM, πραγματοποιήθηκε μια δευτερεύουσα διόρθωση, με βάση τη διαφορά μεταξύ της ειδικής ρύθμισης.

Ανάλυση δεδομένων

Εποχιακές διακυμάνσεις στη σύσταση των φύλλων

Μία μονόδρομη ANOVA χρησιμοποιήθηκε για να καθοριστεί, για κάθε είδος, αν η σύσταση των φύλλων παρουσίαζε στατιστικά σημαντικές διακυμάνσεις καθ 'όλη την περίοδο ανάπτυξης. Mε πιθανότητα λάθους P = 0,10, πραγματοποιήθηκαν t τεστ για ζευγάρια γειτονικών εποχών με σκοπό τον προσδιορισμό περιόδων δειγματοληψίας με σημαντικές διακυμάνσεις στη σύσταση των φύλλων.

Συσχετίζοντας τα δεδομένα AVIRIS με δεδομένα χημείας του δασικού θόλου

Οι σχέσεις μεταξύ AVIRIS δεδομένων και δεδομένων πεδίου, σχετικά με τη συγκέντρωση χημικών, ερευνήθηκαν με ανάλυση πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης. Αυτός ο μετασχηματισμός καταλήγει σε ένα φάσμα στο οποίο οι κορυφές και κοιλάδες αντιστοιχούν με σημεία καμπής στα φάσματα ανάκλασης.

Μοντελοποίηση οικοσυστήματος

Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε (Aber & Federer, 1992) αρχικά αναπτύχθηκε για να προβλέψει την ισορροπία του άνθρακα για μία ενιαία περιοχή μελέτης και εδώ τροποποιήθηκε για να παρέχει χωρικές εκτιμήσεις σχετικά με την παραγωγικότητα του οικοσυστήματος.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Εποχιακές συλλογές φύλλων

Από τα τρία είδη κωνοφόρων του δείγματος, μόνο η Νορβηγική ερυθρελάτη έδειξε σημαντική διακύμανση της συγκέντρωσης αζώτου μεταξύ των διαφορετικών εποχών δειγματοληψίας. Το Κόκκινο πεύκο ήταν το μοναδικό κωνοφόρο είδος που παρουσίασε σημαντικές μεταβολές στη συγκέντρωση λιγνίνης των φυλλωμάτων του, με μείωση που σημειώθηκε στο μέσο της σεζόν. Η συγκέντρωση της λιγνίνης μειώνεται με την επέκταση των φύλλων και στη συνέχεια αυξάνεται ενώ τα φύλλα αρχίζουν να λιγνιτοποιούνται αργά κατά τη σεζόν. Παρ’ότι το ίδιο μοτίβο στην επέκταση των φύλλων και στη λιγνιτοποίηση εμφανίζεται στις μονοετείς βελόνες κώνειου και ερυθρελάτης, μόνο το 15-20% είναι βελόνες μονετείς, και η επιρροή τους στη χημεία του δείγματος δεν είναι τόσο ισχυρή όσο στο κόκκινο πεύκο.

Οκτώ από τα εννέα είδη πλατύφυλλων έδειξαν σημαντικές διαφορές στη συγκέντρωση του αζώτου μεταξύ των τελευταίων δύο περιόδων δειγματοληψίας. Η μείωση αυτή συγκέντρωσης του αζώτου στα τέλη της σεζόν στα πλατύφυλλα είδη οφείλεται στη μετατόπιση του αζώτου από το φύλλωμα πριν τη γήρανση των φύλλων. Οι συγκεντρώσεις λιγνίνης ήταν σημαντικά διαφορετικές μεταξύ διαδοχικών περιόδων δειγματοληψίας για την οξιά, τη σημύδα και τη λευκή καρυά νωρίς στην καλλιεργητική περίοδο. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι λίγες σημαντικές διαφορές εμφανίζονται στις συγκεντρώσεις αζώτου και λιγνίνης στα φυλλώματα μεταξύ αρχών Ιουλίου και μέσα Σεπτεμβρίου. Αυτή η περίοδος της καλλιεργητικής περιόδου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τα δεδομένα τηλεπισκόπησης της ίδιας χρονικής περιόδου.

Συσχετίσεις AVIRIS και δεδομένων πεδίου

Η αρχική ανάλυση του πεδίου και τα δεδομένα τηλεπισκόπησης πραγματοποιήθηκαν για κάθε περιοχή (Νησί Μπλακχοκ και το Δάσος Χάρβαρντ) χωριστά. Στην ανάλυση αυτή, τα δεδομένα AVIRIS από 20 περιοχές μελέτης σε κάθε περιοχή συσχετίστηκαν με τα δεδομένα πεδίου. Οι προκύπτουσες εξισώσεις χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της χημείας του δασικού θόλου στην άλλη περιοχή μελέτης, έτσι ώστε να δοκιμαστεί η γενικότητα των σχέσεων. Μια περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων σε συνδυασμό με το σύνολο των 40 περιοχών μελέτης από τις δύο περιοχές.

Στο Δάσος Χάρβαρντ, για την πρόβλεψη της συγκέντρωσης αζώτου αναπτύχθηκε μία σχέση δύο όρων, των δεδομένων AVIRIS πρώτη διαφοράς ανάκλασης και της συγκέντρωσης του αζώτου από μετρήσεις πεδίου. Οι δύο μπάντες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται σε αυτήν την εξίσωση έχουν κέντρο 750 και 2140 nm. Η απορρόφηση στην περιοχή 700 nm του φάσματος σχετίζεται με συγκέντρωση χλωροφύλλης. Η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη στο φύλλωμα συσχετίζεται με τη συνολική πρωτεΐνη και ως εκ τούτου τη συνολική περιεκτικότητα σε άζωτο. Πολυάριθμες μελέτες έχουν δείξει ότι τα δεδομένα εργαστηρίου και δεδομένα τηλεπισκόπησης σε αυτή την περιοχή του κόκκινου είναι ευαίσθητα στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης.

Μια εξίσωση τεσσάρων όρων αναπτύχθηκε, η οποία συσχετίζει τα δεδομένα AVIRIS με τις μπάντες συγκέντρωσης λιγνίνης δασικού θόλου στην περιοχή των 1660 - 2280 nm. Απορρόφηση στην περιοχή αυτή αποδίδεται σε έναν αριθμό διαφορετικών μοριακών δεσμών. Ο έλεγχος των εξισώσεων έγινε από μια επαναληπτική μέθοδο διασταυρούμενης επικύρωσης.

Στο Νησί Μπλακχοκ η καλύτερη σχέση μεταξύ δεδομένων AVIRIS και πεδίου μετράει το άζωτο χρησιμοποιώντας τη διαφορά μπάντας ανάκλασης στα 950 και 2290 nm. Η εξίσωση λιγνίνης που αναπτύχθηκε στην παρούσα μελέτη χρησιμοποίησε τις μπάντες σε 790 και 1700 nm.

Όλες οι προβλέψεις που προήλθαν από την σύγκριση των εξισώσεων στις δύο περιοχές μελέτης παρήγαγαν φτωχά αποτελέσματα , υποδεικνύοντας ότι οι φασματικές και/ή οι πληροφορίες πεδίου για κάθε μία από τις δύο περιοχές δεν είναι αντιπροσωπευτικές και για την άλλη. Οι διαφορές αυτές αποδόθηκαν σε θόρυβο και σε μεγάλες διακυμάνσεις της σύστασης και της συγκέντρωσης των χημικών που μελετήθηκαν.

Συνδυασμός των αποτελεσμάτων από τις δύο περιοχές μελέτης

Δεδομένα τόσο από το Δάσος Χάρβαρντ όσο και από το Νησί Μπλακχοκ συνενώθηκαν για την τελική προσαρμογή δεδομένων λιγνίνης και αζώτου. Το άζωτο μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας τις μπάντες 783 και 1640 nm. Αυτές οι εξισώσεις, που βασίστηκαν σε επιλεγμένα εικονοστοιχεία μελέτης, στη συνέχεια εφαρμόστηκαν σε όλα τα εικονοστοιχεία, αποδίδοντας χωρικές εκτιμήσεις συγκεντρώσεων αζώτου και λιγνίνης στα φυλλώματα.

Συμπεράσματα

Εξισώσεις που αφορούν AVIRIS φασματικά δεδομένα, εφαρμοσμένα στο πεδίο, τα οποία μετρούν τη χημεία δασικού θόλου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να πραγματοποιήσουν χωρικά αναλυτικές εκτιμήσεις του περιεχομένου σε άζωτο και λιγνίνη του δασικού θόλου μέσα από λήψεις AVIRIS. Οι εκτιμήσεις πραγματοποιήθηκαν για τις περιοχές μελέτης, Δάσος Χάρβαρντ στη Μασαχουσέτη και Νησί Μπλάκχοκ, στο Ουισκόνσιν. Η εφαρμογή αυτών των εκτιμήσεων σύστασης του δασικού θόλου σε μοντέλα οικοσυστήματος προσθέτει μια σημαντική χωρική διάσταση στις εκτιμήσεις του ισοζυγίου του άνθρακα και της ανακύκλωσης των θρεπτικών στοιχείων. Η περαιτέρω μελέτη των δεδομένων αυτών και παρόμοιων συνόλων δεδομένων, θα χρησιμοποιηθεί για να αναπτυχθούν πιο γενικευμένες εξισώσεις αντιμετώπισης τέτοιων ζητημάτων όπως η μεταβλητότητα ανάμεσα στις λήψεις που οφείλονται στην ατμόσφαιρα και τη σύνθεση των δασικών ειδών. Καθιέρωση μιας αρχικής λειτουργίας και παρακολούθησης των αλλαγών δασικών οικοσυστημάτων που μπορεί να προκύψουν στο μέλλον είναι ζωτικής σημασίας συστατικά στην κατανόηση του ρόλου των δασών σε παγκόσμιο επίπεδο και των βιογεωχημικών κύκλων.

[2]