Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Ye Hong von der School of Engineering Science an der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat ein Strahlungsübertragungsmodell für Pflanzenblätter im thermischen Infrarot entwickelt ( TIR)-Spektrum und enthüllte den zugrunde liegenden Mechanismus, der die Korrelation zwischen den thermischen Infrarot-Reflexionseigenschaften von Pflanzenblättern und ihrem Wassergehalt auf der Grundlage dieses Modells regelt.
Die Studie wurde online veröffentlicht in Fernerkundung der Umwelt (RSE).
Die Erdatmosphäre weist im Bereich von 8–14 μm eine geringe Absorption thermischer Infrarotstrahlung (TIR) auf. Dadurch kann die von Pflanzenblättern emittierte TIR-Strahlung in die Atmosphäre eindringen und von Sensoren erfasst werden, was die TIR-Fernerkundung zu einem entscheidenden Instrument zur Überwachung der Umweltstressbedingungen der Vegetation macht.
Der Blattwassergehalt dient als wichtiger physiologischer Parameter und gibt Aufschluss über das Wachstum und die Gesundheit der Vegetation. Frühere experimentelle Studien haben einen engen Zusammenhang zwischen den spektralen Eigenschaften von Pflanzenblättern im TIR-Wellenlängenbereich und den Wasserstressbedingungen gezeigt. Der genaue Mechanismus, der die Beziehung zwischen TIR-Reflexion, Blattstruktur und Wassergehalt bestimmt, bleibt jedoch ein Rätsel, das weiterer Untersuchungen bedarf.
Das Team von Prof. Ye entwickelte ein Modell zur Übertragung thermischer Infrarotstrahlung, bekannt als Leaf-TIR-Modell, das auf der epidermalen Struktur von Pflanzenblättern basiert, und untersuchte den Mechanismus hinter der Bildung der spektralen Eigenschaften von Blättern im thermischen Infrarotbereich.
Die Forscher fanden heraus, dass mit abnehmender Dicke der Kutikulaschicht die Ähnlichkeit zwischen Blatt- und Kutikulareflexion abnimmt. Dies wird auf die schwachen Absorptionseigenschaften der dünnen Kutikulaschicht im Bereich von 8–14 μm zurückgeführt, was zu einer minimalen Auswirkung auf die Reflexionseigenschaften des Blattes führt.
Darüber hinaus fanden sie heraus, dass die thermische Infrarotreflexion des Blattes mit abnehmendem Wassergehalt zunimmt, wenn die Schuppenschicht dünn genug wird. Dieses Phänomen wird durch den zunehmenden Unterschied der Brechungsindizes zwischen der Kutikulaschicht und den Zellwänden mit geringerem Wassergehalt verursacht.
Die Nutzung des Leaf-TIR-Modells ermöglicht die Analyse der Beziehung zwischen thermischen Infrarot-Spektraleigenschaften und der Struktur und dem Wassergehalt von Pflanzenblättern. Diese Studie enthüllt die Grundprinzipien der thermischen Infrarot-Fernerkundungsüberwachung von Wasserstressbedingungen in der Vegetation. Es liefert wesentliche theoretische Grundlagen zum Verständnis des TIR-Spektralverhaltens von Blättern und trägt zur Weiterentwicklung der TIR-Fernerkundungstechnologie bei.
Das Papier wurde von Prof. Christiaan van der Tol, Mitherausgeber von, gewürdigt RSEund andere Rezensenten: „Die Autoren erklären meiner Meinung nach gut, warum es in der Literatur bisher möglicherweise gemischte Berichte über Beziehungen zwischen der Wärmebandreflexion und dem Blattwassergehalt gab … Die Einzigartigkeit vieler spektraler Signaturen könnte auch neue Wege für Anwendungen eröffnen.“ einschließlich Artenkartierung.
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Kai Fernerkundung der Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.rse.2023.113631
Bereitgestellt von der University of Science and Technology of China