Modelowanie na podstawie danych PROSAIL-2

Następnie przeprowadzono badania na podstawie drugiego zestawu danych – PROSAIL-2, w którym dane zostały częściowo zmodyfikowane. Dopasowanie polegało, jak już to przedstawiono w rozdziale 4.3, na zmodyfikowaniu wartości parametrów określających

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

zawartość wody i barwników tak, aby uzyskać jak najmniejsze wartości błędów. Pełen zestaw rozbieżności w wartościach odbicia spektralnego i przebiegu krzywych spektralnych wyrażany pierwiastkiem błędu średniokwadratowego znajduje się w załączniku 13.

Ryc. 39. Wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego między krzywymi odbicia spektralnego modelowanymi z użyciem PROSAIL (zestaw danych PROSAIL-2) i uzyskanymi z pomiarów terenowych.

Zakresy spektrum: 1 – 0,4-2,5 µm; 2 – 0,4-0,6 µm; 3 – 0,4-0,8 µm; 4 – 0,8-1,5 µm; 5 – 1,5-2,5 µm

Fig. 39. The values of Root Mean Square Error calculated using spectral reflectance field measurements and spectral reflectance modelled using PROSAIL-2 database. Wavelength: 1 – 2,5 µm; 2 – 0,6 µm; 3 – 0,4-0,8 µm, 4 – 0,4-0,8-1,5 µm; 5 – 1,5-2,5 µm

Zakres 0,4-2,5 µm. Średnia wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego w całym modelowanym zakresie widma wyniosła 0,0362, czyli stanowiła trzecią część z pierwszego zestawu danych. Wartość błędu wynosiła od 0,0101 w przypadku poligonu D5 do 0,108 poligonu R30 (ryc. 39.). Na 9 poligonach (R5, R18, R19, R26, R30, R31, S7, S11 i D3) wartość błędu przekroczyła 0,05.

Jak wspomniano, najlepiej modelowany przebieg krzywej spektralnej w całym zakresie widma od 0,4 do 2,5 µm, o wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego 0,0101, stwierdzono na łące poligonu D5. Tutaj też była najmniejsza wartość błędu w zakresie środkowej podczerwieni – 0,0055 (ryc. 40.). Była to łąka położona w Dolinie Środkowej Wisły, porośnięta kupkówką zwyczajną (Dactylisglomerata), mietlicą pospolitą

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18

R1 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 S1 S2 S3 S4 S5 S7 S8 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18

D1 D2 D3 D4 D5 Pierwiastek błędu średniokwadratowego (Root Mean Square Error - RMSE)

Poligony badawcze (Research areas)

1 2 3 4 5

(Agrostiscapillaris), babką lancetowatą (Plantagolanceolata) i mniszkiem lekarskim (Taraxacumofficinale). Ze względu na dość zróżnicowaną roślinność, a szczególnie jej strukturę, łąka została określona jako niejednorodna. Była uprawiana – niepodsiewana, ale skoszona, czyli o zredukowanej biomasie. Porównanie obu krzywych odbicia spektralnego w zakresie bliskiej podczerwieni wykazuje nieznaczne między nimi różnice.

Ryc. 40. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon D5

Fig. 40. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – D5 research area

Największe wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego w zakresie 0,4-2,5 µm stwierdzono na poligonie R30 (ryc. 41.). Podobnie było w przypadku modelowania z użyciem zestawu danych PROSAIL-1. Porównując modelowane i „terenowe” krzywe odbicia spektralnego, stwierdzono, że w zakresie widzialnym wartości modelowane są zbliżone do wartości zarejestrowanych w terenie. W pozostałych fragmentach spektrum wartości współczynnika odbicia były znacznie przeszacowane.

W tym przypadku zanotowano także największy błąd (0,0715) w zakresie widma od 0,4 do 0,8 µm i bliskiej podczerwieni, od 0,8 do 1,5 µm (0,1658). W zakresie 0,4-0,7 µm różnice między krzywymi były niewielkie. Na duże wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego miała wpływ bardzo rozbieżność w wartościach współczynnika odbicia w zakresie 0,7-0,8 µm, sięgająca 0,2.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

Ryc. 41. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon R30

Fig. 41. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – R30 research area

Ryc. 42. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon R24

Fig. 42. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – R24 research area

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

Zakres 0,4-0,6 µm. W tym zakresie widma wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego wynosiły od 0,0028 na poligonie R24 do 0,0499 na poligonie D3.

Maksymalna wartość błędu była o połowę mniejsza niż w zakresie 0,4-2,5 µm. Na 34 poligonach wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego były mniejsze niż 0,01.

Najmniejsze wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego w zakresie 0,4-0,6 µm stwierdzono na łąkach poligonu R24 (ryc. 42.). Błąd wyniósł 0,0028, czyli tyle samo, ile w przypadku pierwszego zestawu danych PROSAIL-1 na tym samym poligonie. Tak samo jak poprzednio błędy występowały jedynie w zakresie od 0,7 do 0,8 µm.

Poligonem o największej wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego w zakresie od 0,4 do 0,6 µm był D3, gdzie błąd wyniósł 0,0499 (ryc. 43.). W opisywanym zakresie wartości modelowane były przeszacowane w stosunku do danych pobranych w terenie. W tym zakresie stwierdzono także największy błąd w zakresie środkowej podczerwieni (0,0712).

Również wartości na terenie tego poligonu modelowane na podstawie zestawu PROSAIL-1 cechowały się dużymi błędami.

Ryc. 43. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon D3

Fig. 43. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – D3 research area

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

Zakres 0,4-0,8 µm. W tym zakresie widma najmniejszy błąd stwierdzono na poligonie R20 – 0,0066, a największy na poligonie R30 – 0,0715. Na 27 poligonach wartość błędu przekroczyła 0,02, a 6 poligonów (R18, R19, R30, R31, S11 i D3) odznaczyło się wartościami błędu większymi niż 0,05. Na większości poligonów błędy były większe niż w zakresie widma 0,4-0,6 µm.

Krzywa o najmniejszej wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego (0,0066) w zakresie 0,4-0,8 µm była na łące poligonu R20 (ryc. 44.). Łąka znajdowała się na Równinie Mszczonowskiej. Była intensywnie uprawiana – podsiewana i koszona. Porośnięta była mietlicą pospolitą (Agrostiscapillaris), kupkówką pospolitą (Dactylisglomerata), rajgrasem wyniosłym (Arrhenatherumelatius), trzcinnikiem piaskowym (Calamagrostisepigeios), tymotką łąkową (Phleumpratense) i szczawiem zwyczajnym (Rumexacetosa). Ze względu na duże zróżnicowanie roślinności została określona jako niejednorodna. W omawianym zakresie krzywe odbicia spektralnego modelowana i „terenowa”, były do siebie bardzo zbliżone, zarówno w zakresie widzialnym, jak i na skraju promieniowania czerwonego – 0,7-0,8 µm (Red Edge).

Ryc. 44. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon R20

Fig. 44. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – R20 research area

Największy błąd w tym zakresie (0,0715) dotyczył poligonu R30, wcześniej opisanego (ryc. 41.).

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

Zakres 0,8-1,5 µm. Największe błędy, w odróżnieniu od zestawu PROSAIL-1, stwierdzono w zakresie bliskiej podczerwieni, od 0,8 do 1,5 µm (średni błąd wyniósł 0,0519).

W tym zakresie największy wpływ na wartość odbicia promieniowania ma biomasa, czyli wskaźnik projekcyjnej powierzchni liści (LAI) i zawartość masy suchej (Cm). Pierwiastek błędu średniokwadratowego mieścił się w zakresie od 0,0143 w przypadku poligonu S18 do 0,1658 – poligonu R30. Na 20 poligonach wartości błędu przekraczały 0,05, a na 5 (R18, R19, R26, R30 i S11) – 0,1.

Modelowana krzywa odbicia spektralnego o najmniejszej wartości (0,0143) pierwiastka błędu średniokwadratowego w zakresie bliskiej podczerwieni była modelowana w przypadku poligonu S18 (ryc. 45.). Była to łąka na Ziemi Zakroczymsko-Serockiej, porośnięta w znacznej mierze kupkówką zwyczajną (Dactylisglomerata) oraz w niewielkim stopniu mniszkiem lekarskim (Taraxacumofficinale) i szczawiem zwyczajnym (Rumexacetosa); dlatego została określona jako jednorodna. Tuż przed wykonaniem pomiarów łąka była skoszona. W opisywanym zakresie widma, od 0,8 do 1,5 µm, wartości odbicia spektralnego modelowane i zmierzone w terenie miały zbliżone wartości.

Ryc. 45. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSAIL-2 (2) – poligon S18

Fig. 45. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSAIL-2 database (2) – S18 research area

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Współćzynnik odbica (Reflectance coefficient)

Długość fali w µm (Wavelength in µm)

1 2

Największe błędy (0,1658) w zakresie bliskiej podczerwieni stwierdzono na wcześniej opisanym poligonie R30 (ryc. 41.).

Zakres 2,5 µm. W porównaniu z zakresem 0,8-1,5 µm średni błąd w zakresie 1,5-2,5 µm był dość niewielki (0,0177). Największą wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego (0,0712) stwierdzono w przypadku poligonu D3, a najmniejszą (0,0055) – poligonu D5. Na 15 poligonach błąd przekroczył 0,02, a w przypadku 3 (R22, R30 i D3) był większy niż 0,04. W porównaniu do zestawu PROSAIL-1 błąd w tym zakresie był znacznie mniejszy, na co miało wpływ dopasowanie parametru określającego zawartość wody.

Najmniejszą wartość pierwiastek błędu średniokwadratowego (0,0055) w zakresie środkowej podczerwieni osiągnął w przypadku poligonu D5 (ryc. 40.), a największą (0,0712) poligonu D3 (ryc. 43.). Oba poligony scharakteryzowano wcześniej.

5.2.1.3. Ogólna ocena skuteczności modelu PROSAIL w modelowaniu charakterystyk