Satelitarne badanie stanu zdrowia lasów
Lasy nie tylko stanowią niezwykle ważne źródło materiałów odnawialnych, lecz są także skarbcem bioróżnorodności, którego stan można skutecznie monitorować w drodze teledetekcji (obrazów satelitarnych). Pomimo tego, iż w ostatnim czasie przekazano do eksploatacji nowe europejskie satelity do monitorowania fotosyntezy, na drodze do pełnego wdrożenia nowych technik obserwacji lasów w oparciu o teledetekcję wciąż stoją pewne przeszkody. W ramach finansowanego ze środków unijnych projektu FLUORFLIGHT (FluorFLIGHT: A new integrated canopy fluorescence model based for remote sensing of forest health and productivity) przyjrzano się SIF w roli czynnika umożliwiającego pośredni pomiar fotosyntezy i stanu zdrowia lasów. Zjawisko fluorescencji indukowanej promieniowaniem słonecznym zachodzi, gdy energia słoneczna wzbudza cząsteczki chlorofilu, które reemitują tę energię przy określonych długościach fal; wykryte fale o tej długości odzwierciedlają przemiany energii zachodzące u roślin w procesie fotosyntezy. Aczkolwiek niniejsza technika teledetekcji może być wykorzystywana zarówno w skali lokalnej, jak i globalnej, dostarczanie danych o wysokiej rozdzielczości z dużego obszaru okazało się sporym wyzwaniem. Naukowcy uczestniczący w inicjatywie FLUORFLIGHT uzupełnili brakujące informacje dotyczące symulacji sygnatur spektralnych niejednorodnej pokrywy leśnej, wykorzystując w tym celu wskaźniki jej struktury. Należały do nich wskaźnik pokrycia liściowego, zagęszczenie drzew, wskaźnik uwzględniający ilość przerw w warstwie roślinnej (ang. fractional cover) oraz wskaźnik zachodzenia na siebie koron drzew (ang. crown overlap). Celem prowadzonych prac była ocena potencjału odbierania sygnałów fluorescencji chlorofilu jako wczesnego wskaźnika kurczenia się zasobów leśnych. Aby obliczyć poziom odbicia światła i fluorescencji jako funkcję komponentów pokrywy leśnej, naukowcy stworzyli zintegrowany model trójwymiarowy. W obrębie tej metody połączono optyczny model liścia FLUSPECT z trójwymiarowym modelem śledzącym promienie o nazwie FLIGHT. Powstały w ten sposób model FluorFLIGHT pomógł ocenić wrażliwość sygnału fluorescencyjnego. Zespół przeprowadził szereg kampanii terenowych i akcji prowadzonych z powietrza nad hiszpańskim lasem dębowym dotkniętym stresem wodnym i infekcją grzybiczą. Naukowcy ocenili odbiór SIF w trzech pasmach spektralnych za pomocą obrazowania hiperspektralnego. Wyniki wykazały związek pomiędzy zgromadzonymi danymi a kondycją fizjologiczną drzew. Wykorzystana w ramach inicjatywy metoda modelowania trójwymiarowego usprawniła proces wychwytywania informacji o SIF ze złożonego zbioru rzeczywistych danych. Uczeni zademonstrowali również potencjał modelu FluorFLIGHT w zakresie mapowania SIF dla poszczególnych drzew, dokonując precyzyjnego pomiaru ich stanu zdrowia i wykrywając choroby. Zespół projektowy opublikował pięć artykułów w prestiżowych czasopismach, a także sześć referatów konferencyjnych i książkę. Osiągnięcia inicjatywy FLUORFLIGHT w dziedzinie modelowania na podstawie danych z systemów teledetekcji dostarczyły skutecznego narzędzia do monitorowania zdrowia lasów na dużych obszarach. Strategie zarządzania będą dzięki temu lepiej ukierunkowane i bardziej skuteczne.
Słowa kluczowe
Zdrowie lasów, teledetekcja, fotosynteza, fluorescencja indukowana promieniowaniem słonecznym, FLUORFLIGHT
