Modelowanie na podstawie danych PROSPECT-2

Takie same badania jak wcześniej opisane przeprowadzono w przypadku modelowania PROSPECT z użyciem zestawu danych PROSPECT-2, w których zmieniono parametry określające zawartość pigmentów i wody (Cab, Car i Cw). Rozbieżności w przebiegu krzywych spektralnych zbadano w odniesieniu do łąk na poszczególnych poligonach, uwzględniając cały zakres widma (0,4-2,5 µm) i 4 jego części. Szczegółowe wartości błędów zamieszczono w załączniku 7.

Ryc. 15. Wartości pierwiastka błędu średniokwadratowego między krzywymi odbicia spektralnego modelowanymi z użyciem PROSPECT (zestaw danych PROSPECT-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. 15. The values of Root Mean Square Error calculated using spectral reflectance field measurements and spectral reflectance modelled using PROSPECT-2 database. Wavelength: 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

Zakres 0,4-2,5 µm. Średnia wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego w zakresie od 0,4 do 2,5 µm wszystkich krzywych wyniosła 0,0278 (ryc. 15.). Na poligonach z obszaru pogórskiego wystąpiły większe błędy w większości zakresów (szczególnie w zakresie bliskiej podczerwieni). Modelowane krzywe spektralne w całym badanym zakresie

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11

T1 T6 T9 P1.2 P2.1 P2.2 P2.3 R12 R13 R16 R20 R22 R30 R31 S10 S11 S12 S14 S18 D1 D4 D5

Pierwiastek błędu średniokwadratowego (Root Mean Square Error - RMSE)

Poligony badawcze (Research areas)

1 2 3 4 5

widma charakteryzowały się wartościami pierwiastka błędu średniokwadratowego zmieniającymi się od 0,0138 na łąkach poligonu R31 do 0,0642 poligonu T1. Krzywe spektralne dotyczące łąk z poligonów pogórskich miały większe błędy niż krzywe z terenu Mazowsza. Na dwóch poligonach wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego przekroczyła 0,05 – T1 i T9. Wartość błędu poniżej 0,02 wystąpiła na 5 poligonach: R20, R31, D1, D4 i D5.

Ryc. 16. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon R31

Fig. 16. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – R31 research area

Najmniejsze różnice w przebiegu krzywej spektralnej w zakresie 0,4-2,5 µm stwierdzono w przypadku poligonu R31, położonego na Równinie Mszczonowskiej (ryc. 16.).

Pomiary wykonywano na łące nizinnej, uprawianej o zredukowanej biomasie i podsiewanej roślinami motylkowymi. Średnia wysokość traw w czasie wykonywania pomiarów wynosiła około 10 cm. Łąka była niejednorodna, porośnięta koniczyną łąkową (Trifolium pratense), trzcinnikiem piaskowym (Calamagrostisepigeios), tymotką łąkową (Phleumpratense), mietlicą pospolitą (Agrostiscapillaris) i wyką płotową (Viciasepium). Różnice między krzywą opracowaną na podstawie pomiarów terenowych a modelowaną wystąpiły w zakresie

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

widzialnym, szczególnie od 0,4 do 0,5 µm i przy 0,65 µm, przy których wartości modelowane były zawyżone w stosunku do wartości odbicia promieniowania zmierzonych w terenie.

Także w bliskiej i środkowej podczerwieni krzywa modelowana miała bardzo zbliżone wartości do pobranej w terenie. W zakresie 1-1,1 µm wartości modelowane były mniejsze niż wynikające z pomiarów terenowych, w zakresie 1,5-1,8 µm były nieznacznie większe, a w zakresie 2,05-2,45 µm ponownie nieco mniejsze.

Ryc. 17. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon T1

Fig. 17. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – T1 research area

Największą wartość (0,0642) pierwiastka błędu średniokwadratowego w całym zakresie 0,4-2,5 µm stwierdzono w przypadku łąki na poligonie T1 (ryc. 17.). Była to łąka uprawiana, odrastająca po skoszeniu. Znajdowała się na grzbiecie Taborówki na terenie Pogórza Gorlickiego. Łąkę określono jako jednorodną; porastał ją rajgras wyniosły (Arrhenatherumelatius). Duże błędy w modelowaniu widoczne były w zakresie bliskiej podczerwieni, między 0,7 a 1,5 µm, w którym największy wpływ na wielkość odbicia wśród wszystkich parametrów wejściowych ma ilość masy suchej. Modelowane wartości odbicia promieniowania były tu zdecydowanie mniejsze niż „terenowe”. Niewielkie błędy niedoszacowania wartości odbicia wystąpiły w zakresie widzialnym, a przeszacowania

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

w zakresie od 1,5 do 2,5 µm. W przypadku tego poligonu zanotowano także największy błąd w modelowaniu w zakresie bliskiej podczerwieni; wyniósł on 0,0983. Przebieg krzywej modelowanej były zdecydowanie zaniżony.

Zakres 0,4-0,6 µm. Najmniejsze rozbieżności w przebiegu krzywych spektralnych wystąpiły w zakresie od 0,4 do 0,6 µm. Wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego wyniosła tu od 0,0099 na poligonie D1 do 0,0237 na poligonie P1.2. Wartości błędu w tym zakresie były małe; na 7 poligonach (T6, T9, P1.2, P2.1, R22, R30 i R31) jego wartość przekroczyła 0,02.

Ryc. 18. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon D1

Fig. 18. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – D1 research area

Najmniejsza wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego (0,0099) spośród wszystkich modelowanych krzywych odbicia spektralnego w zakresie od 0,4 do 0,6 µm została stwierdzona na poligonie D1, położonym w Dolinie Środkowej Wisły, w powiecie otwockim (ryc. 18.). Była to łąka uprawiana, niedawno skoszona, czyli o zredukowanej biomasie. Łąkę określono jako jednorodną. Rosły na niej mietlica pospolita (Agrostiscapillaris), wiechlina łąkowa (Poapratensis), mniszek lekarski (Taraxacumofficinale) i koniczyna łąkowa (Trifolium pratense). Najmniejsze różnice

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

w przebiegu krzywych odbicia spektralnego wystąpiły w zakresie światła zielonego, a nieco większe w zakresie niebieskim, w którym wartości modelowane były zawyżone.

Największą wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego (0,0237) w zakresie widma 0,4-0,6 µm stwierdzono na poligonie P1.2, na łące pogórskiej na stokach Wiatrówek na Pogórzu Gorlickim (ryc. 19.). Łąka była nieużytkowana (także niepodsiewana i niekoszona). Rosły na niej wiechlina zwyczajna (Poatrivialis) i w niewielkich ilościach mniszek lekarski (Taraxacumofficinale), została więc określona jako jednorodna.

Modelowane wartości współczynnika odbicia były zdecydowanie przeszacowane w całym symulowanym zakresie widma.

Ryc. 19. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon P1.2

Fig. 19. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – P1.2 research area

Zakres 0,4-0,8 µm. W tym zakresie widma wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego mieściła się w granicach od 0,018 w przypadku poligonu D4 do 0,0546 na poligonie R30; średnia jego wartość przekraczała tu 0,03. Na 11 poligonach wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego wyniosła poniżej 0,03, a w przypadku 4 łąk, na poligonach T1, T9, R16 i R30, przekroczyła 0,04.

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. 20. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon D4

Fig. 20. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – D4 research area

W zakresie 0,4 do 0,8 µm najmniejszą rozbieżność między modelowaną krzywą spektralną a krzywą „terenową” stwierdzono w przypadku łąki na poligonie D4 położonym w Dolinie Środkowej Wisły, w powiecie garwolińskim (ryc. 20.). Uśredniony pierwiastek błędu średniokwadratowego w badanym zakresie wyniósł 0,018. Dotyczy to łąki użytkowanej – koszonej, o dość dużej biomasie. Miała ona charakter niejednorodny. Rosły na niej mietlica pospolita (Agrostiscapillaris) i koniczyna łąkowa (Trifolium pratense). W omawianym zakresie widma bardzo zbliżone wartości obu krzywych zanotowano w zakresie światła zielonego i fragmentu bliskiej podczerwieni (0,7-0,8 µm). Bardziej rozbieżne wartości odbicia promieniowania wystąpił w zakresach absorbowanego przez chlorofil promieniowania czerwonego i niebieskiego. W tych zakresach wartości modelowane były zawyżone.

Największe różnice w przebiegu krzywych spektralnych w zakresie 0,4-0,8 µm stwierdzono na poligonie R30, położonym na Równinie Mszczonowskiej w okolicach Radziejowic (ryc. 21.). Była to łąka niejednorodna, porośnięta tymotką łąkową (Phleumpratense), trzcinnikiem paskowym (Calamagrostisepigeios), mietlicą pospolitą

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

(Agrostiscapillaris), wyką płotową (Viciasepium) i koniczyną łąkową (Trifolium pratense).

Użytkowano ją, podsiewając i kosząc. Największe rozbieżności w przebiegu krzywych były w zakresie 0,4-0,6 µm, w którym modelowane wartości odbicia promieniowania są wyższe niż zmierzone w terenie. Ponadto jest widoczne duże niedopasowanie krzywych w zakresie 0,7-0,8 µm.

Ryc. 21. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon R30

Fig. 21. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – R30 research area

Zakres 0,8-1,5 µm. W tym zakresie podczerwieni stwierdzono największą rozbieżność przebiegu krzywej spektralnej. Wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego średnio wyniosła 0,0341. Wartość błędu była bardzo zróżnicowana i zmieniała się od 0,01 na łące poligonu R31 do 0,0983 na łące poligonu T1. Na 8 poligonach wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego była mniejsza niż 0,02, natomiast na 5 (T1, T9, P2.1, P2.2 i R30) przekroczyła wartość 0,4. Mniejsze błędy wystąpiły w przypadku krzywych spektralnych dotyczących łąk nizinnych, a nieco większe pogórskich.

W zakresie bliskiej podczerwieni najmniejszy (0,01) pierwiastek błędu średniokwadratowego stwierdzono w przypadku łąki poligonu R31, wcześniej opisanego (ryc.

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

16.), największy (0,0983) natomiast łąki na poligonie T1, także już wcześniej scharakteryzowanego (ryc. 17.).

Zakres 1,5-2,5 µm. W tym zakresie wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego była mniejsza niż w zakresie 0,8-1,5 µm. Średni błąd wyniósł 0,0247 i mieścił się w zakresie od 0,0128 (poligon R31) do 0,0537 (poligon T6). Krzywe spektralne reprezentujące 10 poligonów charakteryzowały się pierwiastkiem błędu średniokwadratowego poniżej 0,02, natomiast w przypadku 6 poligonów (T6, P2.2, R12, R13, R16 i R30) błąd ten był większy od 0,03. W przypadku tych poligonów krzywe bardzo nieznacznie różniły się między sobą.

Najmniejszą wartość (0,0128) pierwiastka błędy średniokwadratowego w zakresie środkowej podczerwieni stwierdzono w przypadku poligonu R31, już wcześniej opisanego (ryc. 16.).

Ryc. 22. Krzywe odbicia spektralnego według danych terenowych (1) i modelowanych z użyciem zestawu danych PROSPECT-2 (2) – poligon T6

Fig. 22. The spectral reflectance from field measurements (1) and modeled using PROSECT-2 database (2) – T6 research area

Największa wartość pierwiastka błędu średniokwadratowego (0,0537) w zakresie środkowej podczerwieni została stwierdzona na łące poligonu T6 (ryc. 22.). Łąka była położona na pogórskim grzbiecie Taborówki, porastał ją rajgras wyniosły (Arrhenatherumelatius), mniszek lekarski (Taraxacumofficinale) i koniczyna łąkowa

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

(Trifolium pratense). Określono ją jako niejednorodną. Byłą to łąka podsiewana, ale nieużytkowana. W całym symulowanym zakresie wartości modelowane były mniejsze niż dane pobrane w terenie, a różnica wzrastała wraz z długością fali.

5.1.1.3. Ogólna ocena skuteczności modelu PROSPECT w modelowaniu charakterystyk