Данные Thematic Mapper, датчика на борту спутника Landsat 5, являются одними из наиболее используемых для экологических исследований. Переданная информация состоит из семи полос, шесть из них в видимом диапазоне, а только одна полоса расположена в области инфракрасного теплового излучения.
Полоса 1 используется для исследования прибрежных вод.
Полоса 2 используется для идентификации сельскохозяйственных культур и исследований на стадии вегетации.
Полосы 3 и 4 используется для расчета индексов растительности.
Полосы 5 и 7 можно использовать для различения облаков, льда, снега и геологических формаций.
Полоса 6 используется для изучения температуры поверхности Земли.
Как из данных 7 полосы извлекается информация о температуре поверхности Земли?
Получение температуры поверхности Земли.
Первый метод это расчёт температуры с применением очень сложных уравнений. Причём для вычислений необходимо знать следующие показатели:
- излучение верхней части атмосферы;
- излучательную способность поверхности Земли;
- атмосферное излучение в нисходящем направлении;
- общую проницаемость атмосферы между поверхностью и датчиком;
- атмосферное излучение в восходящем направлении;
Все атмосферные параметры рассчитаны по данным радиозонда.
Основным ограничением этого метода является необходимость радиозондирования на местности одновременно со спутниковыми проходами.
Для того, чтобы исключить зависимость от радиозондирования во втором методе, атмосферные данные могут быть получены как функция от общего содержания водяного пара в атмосфере.
Излучения способность поверхности Земли
NDVI расшифровывается как « нормализованный разностный вегетационный индекс » (также «нормированный вегетационный индекс плотности»), на английском языке: « нормализованный дифференцированный вегетационный индекс ». Это, вероятно, наиболее часто используемый индекс растительности, который рассчитывается на основе данных спутниковых изображений. С его помощью можно быстро отождествить растительность с покрытыми участками на поверхности земли и определить их природу.
Здоровая растительность отражает относительно мало в видимом спектральном диапазоне (длина волны от 400 до 700 нм), но относительно больше их излучение в следующем инфракрасном диапазоне (длина волны от 700 до 1300 нм). У здорового растения выше отражение в ближнем инфракрасном диапазоне. С другой стороны, почва, камни или даже мертвые растения не показывают четкой разницы в отражательной способности обеих областей. Измерения этих спектральных областей с помощью датчиков метеорологических спутников, позволяют отличать покрытые растительностью области на поверхности Земли от открытых областей. Кроме того, они позволяют сделать выводы о фотосинтетической активности, жизнеспособности и плотности растительного покрова.
Датчики обеспечивают значения излучения от 0 до 255. Значение рассчитывается для каждого пикселя карты NDVI, затем получаются карты среднего значения.
Знание излучательной способности поверхности Земли необходимо для применения вышеуказанных методов. Предложенный метод получает значения коэффициента излучения из NDVI с учетом различных случаев:
- NDVI < 0,2, то пиксель рассматривается как оголенный грунт, а коэффициент излучения получается из значений коэффициента отражения в красной области;
- NDVI > 0,5, пиксель считаются полностью растительными, и тогда предполагается постоянное значение коэффициента излучения, обычно равное 0,99;
- NDVI лежит в пределах от 0,2 до 0,5, то пиксель состоит из смеси оголенной почвы и растительности, а коэффициент излучения рассчитывается по специальному уравнению.
Данные, представленные полосами 3 и 4, расположенными в красном и ближнем инфракрасном диапазонах, используются для построения индекса растительности NDVI. А ещё, для индекса NDVI, необходимо учитывать метод атмосферной коррекции в солнечном спектре.
Разработан алгоритм, который преобразует отражательную способность датчика в отражательную способность на поверхности, используя в качестве входных данных некоторые атмосферные данные (например, водяной пар, содержание аэрозолей, озон и т. Д.). Этот алгоритм учитывает атмосферные условия, которые были во время фиксации изображения спутником. Метод был разработан в 1996 году.
Показатели датчика с борта спутника Landsat 5, с применением вычислительных методов и алгоритмов позволяют учёным получить необходимые данные, применяемые для экологических и географических исследований.