Новые виды снимков. Спутник Terra: ASTER, MODIS, MISR

На главную страницу семинара

Тема 3      Работа со снимками ASTER в программе MultiSpec. Сравнение тепловых снимков Terra ASTER и Landsat ETM+

Анализ температурных различий природных объектов по снимку ASTER в тепловом инфракрасном диапазоне. Различия тепловых снимков Terra ASTER и Landsat ЕТМ+

Рассмотрим особенности изображения природных объектов на тепловом снимке, полученном системой ASTER, на примере знакомой по 2 Интернет-семинару западной части дельты Волги.

На рисунке слева приведен снимок в 13-й спектральной зоне ASTER (10.25-10.95 мкм), полученный 24 июля 2001 г. Известно, что в диапазоне длин волн 8 -12 мкм фиксируется собственное тепловое излучение земных объектов. Интенсивность сигнала тем выше, чем выше температура поверхности. Тепловые свойства объектов в значительной степени зависят от времени суток, поэтому для правильной интерпретации необходимо иметь в виду, что снимок получен в 8 часов утра по Гринвичу или в 12 часов местного астрономического времени. К этому времени земная поверхность уже достаточно хорошо прогрелась солнечными лучами и излучает тепло; интенсивность излучения различна у разных типов объектов, что может использоваться для их распознавания. На снимке западной части дельты Волги по яркости изображения можно отчетливо выделить три группы объектов, наиболее заметно различающихся по температурным свойствам. Самыми темными тонами изображается водная поверхность, имеющая наиболее низкую температуру. Оттенками серого выделяются подтопленные участки тростниковых зарослей, частично затопленные или политые сельскохозяйственные поля - они наиболее темные в этой группе, несколько светлее - лесная и луговая растительность по прирусловым валам водотоков. Наиболее светлые и белые участки - полупустынная растительность и участки открытой почвы - бэровские бугры, обвалованные незасеянные поля, сильно сбитые участки около населенных пунктов, застройка. Хорошо заметны небольшие светлые точки песчаных валов на островах вдоль Волго-Каспийского судоходного канала в южной части снимка. В северо-западной его части характерный рисунок создается чередованием хорошо прогретых бэровских бугров, покрытых полупустынной растительностью (светлые полоски), темных вытянутых пятен межбугровых понижений с зарослями тростника и рогоза и почти черных ильменей - озер. На рисунке ниже сопоставлены увеличенные фрагменты тепловых снимков Landsat ETM+ (1) и Terra ASTER (2) что позволяет выявить более тонкие различия в тепловых свойствах поверхности и проследить, как пространственное разрешение тепловых снимков влияет на дешифрируемость выделяемых объектов. Для этого выбрана зона 14 снимка ASTER, совпадающая с центральной частью тепловой зоны Landsat ETM+.

1) Landsat ETM+, 21 июля 2000 г., 6-я спектральная зона (10.4 - 12.5 мкм), пространственное разрешение 60 м

2) Terra ASTER, 24 июля 2001 г., 14 -я спектральная зона (10.95 - 11.65 мкм) пространственное разрешение 90 м

На обоих фрагментах, показывающих участок в северо-западной части дельты Волги, четко различаются описанные выше группы объектов: вода в ильменях изобразилась почти черным цветом (наиболее низкие относительные температуры), серые тона (средняя температура) соответствуют зеленой растительности по берегам ильменей, белым тоном (наиболее высокие температуры) изобразилась сильно нагретая изреженная полупустынная растительность и просвечивающая почва бэровских бугров.

Два других фрагмента снимков с теми же характеристиками (рисунок справа) показывают температурные различия в зоне луговой растительности дельты и тростниковых зарослей. Здесь хорошо различаются более высокие острова с лучше прогретой луговой растительностью (а), наиболее сухие и прогретые прирусловые валы с лесной и кустарниковой растительностью - светлые полосы вдоль рек (б) и наименее прогретые низменные ложбины с влажной почвой - темные полосы, по рисунку похожие на речную сеть (в). На приведенных фрагментах видно, что более высокое пространственное разрешение тепловых снимков ETM+ позволяет лучше проследить детальную картину неравномерности температур по прирусловым валам и ложбинам. Можно заметить, что для рассматриваемой территории особенности распределения температур поверхности в середине дня в значительной степени связаны с влажностью почв и влагосодержанием растительности.

Хотя система ASTER уступает ETM+ в тепловом диапазоне по пространственному разрешению, по спектральному и радиометрическому разрешению картина обратная. Напомним, что ASTER имеет пять узких спектральных зон в этой части спектра, по сравнению с одной зоной ETM+, имеющей большую ширину. Кроме того, ASTER имеет высокое радиометрическое разрешение во всех тепловых диапазонах, в связи с чем формат представления данных (16 бит или 2 байта на элемент разрешения) отличается от данных ETM+ и данных ASTER в других диапазонах.

В связи с тем, что стандартные мониторы обеспечивают воспроизведение лишь 256 уровней сероцветной шкалы, для визуализации всего диапазона значений данных в каждой из тепловых зон ASTER необходимо выполнить цветовое кодирование уровней или разделение всего диапазона значений яркости на несколько участков, каждый из которых может быть представлен 256 уровнями стандартной черно-белой шкалы.

Наверх

Разделение всех данных 14 спектрального канала на основе анализа гистограммы снимка с помощью программы MultiSpec дало следующие результаты:

Весь диапазон значений яркости в 14-й спектральной зоне (1693-2310, всего 617 уровней) разделен на 6 равных отрезков по 100 значений. Каждый из участков, для увеличения контраста, представлен 256 уровнями сероцветной шкалы. В результате такого контрастирования на изображении 1 можно увидеть различия в температурах поверхности воды (более низкие температуры в глубоком Морском канале, и напротив устьев наиболее полноводных водотоков и более высокие - на непроточных участках) (1). На изображении 2 видны различия в температурах зеленой растительности, изображения 3-6 отображают различия в температурах полупустынных территорий.

Для точного количественного определения температур поверхности по снимкам в общем случае требуется наземная калибровка данных. Существует возможность бесплатного заказа на создание производного изображения - температуры поверхности (измеряемой в градусах Кельвина), которую рассчитывают по значениям яркости в пяти тепловых инфракрасных зонах ASTER. Алгоритм предусматривает два этапа: расчет излучательной способности поверхности и собственно расчет температур по уравнению Планка, с предварительной атмосферной коррекцией данных. В настоящий момент статус этих производных изображений температуры является промежуточным (partially validated 'Beta'), поскольку не завершена наземная проверка надежности расчета температур. Номинальная точность определения температуры составляет 0.3 К, однако реальная точность сильно зависит от типа поверхности и атмосферных условий.

Заказ осуществляется через ASTER On-Demand Processing Gateway. (Портал обработки данных ASTER по заявкам). В качестве имени пользователя оставляется EDCGuest, а в качестве пароля вводится адрес электронной почты заказчика, куда будут присланы извещение о готовности изображения и инструкции для его получения по FTP. Название геоизображения температуры поверхности - AST_08 (ASTER On-Demand L2 Surface Kinetic Temperature). Создание изображения ведется автоматически, и заказ, как правило, бывает готов в тот же день.

Составители: Е.А. Балдина, И.А. Лабутина, О.В. Тутубалина.

Наверх

На главную страницу семинара     |     Интернет-семинары