Ergänzung - Spektrale Signatur der Vegetation

Spektrale Signatur der Vegetation

Ein großer Anteil der Landfläche auf der Erde ist mit Vegetation bedeckt. Die Rolle der Pflanzen bei der Regulierung der globalen Temperatur, die Aufnahme von CO₂ sowie weitere wichtige Funktionen machen die Vegetation zu einer Art der Landbedeckung von hoher Bedeutung und besonderem Interesse. Die Fernerkundung kann sich die spezielle Weise, auf die einfallende elektromagnetische Strahlung von den Pflanzen reflektiert wird, zunutze machen, um Informationen über die Vegetation zu erlangen.

Zelluläre Blattstruktur und deren Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung. Der größte Teil des sichtbaren Lichts wird absorbiert, während fast die Hälfte der nah-infraroten Strahlung reflektiert wird.

Unter der oberen Epidermis (die dünne Zellschicht, welche die äußere Oberfläche des Blattes bildet) befinden sich in erster Linie zwei Schichten von Zellen. Die obere Schicht ist das Pallisadenparenchym, das aus langgestreckten Zellen besteht, die in vertikaler Richtung dicht angeordnet sind. In dieser Schicht befindet sich das meiste Chlorophyll, ein Protein, das für die Fixierung der solaren Energie zuständig ist und so Energie für den Vorgang der Photosynthese beschafft. Die darunter liegende Zellschicht wird als Schwammparenchym bezeichnet und besteht aus unregelmäßig geformten Zellen, zwischen denen viele Hohlräume liegen, damit die Gase dort zirkulieren können.

Abgesehen vom Chlorophyll enthält das Pallisadenparenchym auch andere Pigmente, unter anderem Carotine und Anthocyane, die ebenfalls für die Absorption von Licht verantwortlich sind. Von diesen Pigmenten wird der Großteil der sichtbaren elektromagnetischen Energie absorbiert, insbesondere im blauen und roten Bereich. Im grünen Bereich ist die Absorption leicht geringer, weshalb die Vegetation für uns grün aussieht. Demzufolge verlässt nur sehr wenig sichtbare Lichtenergie das Pallisadenparenchym und wird in den Himmel zurück gestrahlt. Die nah infrarote (NIR) Energie hingegen wird von diesen Pigmenten nicht beeinflusst und durchdringt das Pallisadenparenchym fast vollständig. Sobald sie das Schwammparenchym erreicht, führt die Anwesenheit der Hohlräume zur Brechung der NIR-Strahlung in verschiedene Richtungen. Dies hat zur Folge, dass annähernd die Hälfte der nah infraroten Energie an der unteren Epidermis des Blattes austritt, die andere Hälfte wird in Richtung Himmel reflektiert.

Sensoren, die die reflektierte Strahlung im sichtbaren und nah infraroten Bereich des Spektrums erfassen, registrieren ein sehr schwaches Signal im blauen und roten Bereich, leicht höher ist es im grünen Bereich und sehr stark im nah infraroten Bereich. Wird die Stärke des Signals für jeden dieser Bereiche in Form eines Graphen dargestellt, ähnelt dieser der folgenden Abbildung:

Spektrale Signatur der Vegetation. Die Vegetation weist im sichtbaren Spektralbereich eine niedrige und im nah-infraroten Bereich eine hohe Reflexion auf.

Die Kombination der niedrigen sichtbaren und der hohen nah-infraroten Reflexion ist für die meisten Vegetationstypen einzigartig und daher als spektrale Signatur der Vegetation bekannt.