Fysikaaliset menetelmät metsien kaukokartoituksessa



Samankaltaiset tiedostot
BOREAALISEN METSÄN SITOMAN SÄTEILYN (FPAR) ARVIOIMINEN SATELLIITTIMITTAUKSISTA SATELLIITTIMITTAUSTEN PERUSTEITA METSÄTIETEEN PÄIVÄN TAKSAATTORIKLUBI

Legenda kertoo, että tiedustelusatelliittien avulla

Metsän kaukokartoituksen perustutkimus?

Lumen optisten kaukokartoitusmenetelmien kehittäminen boreaalisella metsävyöhykkeellä. Kirsikka Heinilä SYKE/HY

Metsikön rakenteen ennustaminen 3D-kaukokartoituksella

YKJ ETRS (usein joutuu säätämään itse)

Earth Observation activities in University of Eastern Finland

Ympäristön aktiivinen kaukokartoitus laserkeilaimella: tutkittua ja tulevaisuutta

Kymmenen vuotta puulajin perässä Mihin päästiin? Ilkka Korpela, HY/Metsätieteiden laitos

Lauri Korhonen. Kärkihankkeen latvusmittaukset

Laserkeilauksella kattavaa tietoa kaupunkimetsistä

Säilörehunurmen sadon määrän kaukokartoitus

Pohjoisten metsien merkitys ilmastonmuutokselle - biogeokemialliset ja biofysikaaliset palautemekanismit

Puiden biomassan, puutavaralajien ja laadun ennustaminen laserkeilausaineistoista

Tietojenkäsittelytieteen tutkimusmetodit J. Parkkinen, M. Hauta-Kasari & V. Heikkinen

Kaukokartoitusmenetelmien hyödyntämis- mahdollisuuksista maaainesten oton valvonnassa ja seurannassa

Tuulen viemää. Satelliitit ilmansaasteiden kulkeutumisen seurannassa. Anu-Maija Sundström

Ilmastoon reagoivat metsän kasvun mallit: Esimerkkejä Suomesta ja Euroopasta

Talousnäkökulmia jatkuvapeitteiseen metsänhoitoon

Metsien hiilitaseet muuttuvassa ilmastossa Climforisk-hankkeen loppuseminaari,

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006

CORINE käyttäjäkyselyn tuloksia

Boreaalisten metsien käytön kokonaisvaikutus ilmaston

Biomassatulkinta LiDARilta

Lumen peittämän alan määrittäminen satelliittitutkalla

Satelliittikuvien mosaikoinnin parantaminen ilmakehäkorjauksen avulla

Suomen ympäristökeskus SYKE Tietokeskus Geoinformatiikkayksikkö Paikkatieto- ja kaukokartoituspalvelut

Numeeriset ilmakuvat ja Landsat TM -satelliittikuvat männyn neulaskadon arvioinnissa. Saara Ilvesniemi

Julkaisut. Jouni Peltoniemi

Alueelliset hiilitasetiedot Uudenmaan, Kanta-Hämeen ja Päijät-Hämeen alueelta

Envibase ja SYKEn EO tutkimuksesta ja osaamisesta

Työvoima Palvelussuhdelajeittain %-jakautumat

Mistä on kyse? Pilvien luokittelu satelliittikuvissa. Sisältö. Satelliittikartoitus. Rami Rautkorpi Satelliittikartoitus

TIETOPAKETTI KAUKOKARTOITUKSESTA 1

The year(s) of inventory. Junninen, K. and Kouki, J Southern managed

Kymmenen vuotta maastolaserkeilaustutkimusta käytännön kokemuksia

Kaukokartoitustiedon käyttö LUKE:ssa

Ektomykorritsalliset lyhytjuuret ja kasvupaikan sekä puuston ominaisuudet kuusikoissa ja männiköissä

Suomessa metsätalousmaa on perinteisesti jaettu

Kehittyvien satelliittiaineistojen mahdollisuudet

Mitattua tutkimustietoa ekosysteemipalveluista metropolialueen kestävän kasvun tueksi (EKO-HYÖTY)

Matti Mõttus, Tuomas Häme. Land Remote Sensing senior scientist akatemiatutkija. Suomen GEO -tapaaminen 23.5.

Taneli Kolström Eri-ikäiset metsät metsätaloudessa seminaari Eri-ikäisrakenteisen metsän kehityksen ennustaminen

Gradu UASI-hankkeesta

Ilmastonmuutos ja ilmastomallit

Avoimen lähdekoodin ratkaisut paikkatiedon analysoinnin ja visualisoinnin mahdollistajina

Ilmastonmuutos pähkinänkuoressa

Ilmasto, energia, metsät win-win-win?

Suomen metsien kasvihuonekaasuinventaario

Drone-kuvausten käyttökelpoisuudesta metsäkeskuksen toiminnassa Maaseutu 2.0 loppuseminaari

Metsien hoito jatkuvapeitteisenä: taloudellien optimointi ja kannattavuus Vesa-Pekka Parkatti, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden osasto

Puun kasvu ja runkomuodon muutokset

Johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta? - kasvihuoneilmiön voimistuminen vaikutus sääolojen vaihteluun

Mistä tiedämme ihmisen muuttavan ilmastoa? Jouni Räisänen, Helsingin yliopiston fysiikan laitos

MAA-C2001 Ympäristötiedon keruu

Metsien kaukokartoitus ja avoimet aineistot

Alkupiiri (5 min) Lämmittely (10 min) Liikkuvuus/Venyttely (5-10min) Kts. Kuntotekijät, liikkuvuus

KASVILLISUUDEN KAUKOKARTOITUS

Puulajien spektrien vertailu ja hyödyntämismahdollisuudet kaukokartoituksessa

Ilmastonmuutosnäkökohdat. Jari Liski, Suomen ympäristökeskus, Metsien hoito eri-ikäisrakenteisina -seminaari,

Kuinka ilmasto vaikuttaa metsien hiilinieluihin ja metsätuhoihin? Climforisk

Auringonsäteily Suomessa ja Östersundomissa

Hiilidioksidin, veden ja lämmön vaihto Helsingissä

Lumen kaukokartoitus mikroaaltotutkilla

Puuston tilavuuden arvioiminen puulajeittain käyttäen avointa satelliittiaineistoa

Metsätuhoihin liittyvät riskit, kuten kuivuus-, lumi-,

Jokivesien sameusalueet rannikolla vuosien satelliittikuvista arvioituna

7.6. Fysikaalinen peiliheijastus. Pinnan mikrogeometrian mallintaminen. Varjostus ja peittämisvaikutukset

Suomen aurinkoenergiapotentiaali & ennustaminen ISY kevätseminaari, ABB

Riistapäivät 2015 Markus Melin Itä Suomen Yliopisto Metsätieteiden osasto

perustamishankkeeseen ja päämajan sijoittamiseen Suomeen

Hyönteisten, sienitautien ja äärevän ilmaston aiheuttamista

Suojarakenteiden vaikutus maalin selviytymiseen epäsuoran tulen tai täsmäaseen iskussa

Spatiaalinen metsää kuvaava malli ja sen soveltaminen metsäninventointiin

Paikkatietoa metsäbiomassan määrästä tarvitaan

Kehittyvä puun mallinnus ja laskenta

OPERAATIOTUTKIMUS METSÄTALOUDESSA

Metsävaratietojärjestelmän ja metsäsuunnittelun tutkimus- ja kehittämisohjelma (MSU, )

SENTINEL-2- JA LANDSAT 8 -SATELLIITTIREFLEKTANSSITUOTTEIDEN VERTAILU JA SOVELTAMINEN RUNKOTILAVUUDEN MALLINTAMISESSA

Uutta tutkimustietoa ilmastonmuutoksen vaikutuksesta Suomen myrskytuuliin ja -tuhoihin

The spectroscopic imaging of skin disorders

Forest Big Data (FBD) -tulosseminaari Helsingin yliopiston metsätieteiden laitos & Maanmittauslaitoksen paikkatietokeskus (FGI)

FROM VISION TO CRITERIA: PLANNING SUSTAINABLE TOURISM DESTINATIONS Case Ylläs Lapland

KATSAUS FOTOGRAMMETRIAN JA KAUKOKARTOITUKSEN TOIMINTAAN SUOMESSA VUONNA Koonnut Ulla Pyysalo FOTOGRAMMETRIAN JA KAUKOKARTOITUKSEN SEURA

Metsätieteen aikakauskirja

MUUTOS. Kari Mielikäinen. Metla/Arvo Helkiö

ILMASTONMUUTOS TÄNÄÄN

Optimal Harvesting of Forest Stands

Dendron Resource Surveys Inc. Arbonaut Oy Finnish Forest Research Institute University of Joensuu

BIOHIILI; Biohiilen vaikutus metsämaan hiilen ja typen virtoihin

SIMO tutkimuskäytössä. SIMO seminaari 23. maaliskuuta 2011 Antti Mäkinen Simosol Oy

Tree map system in harvester

KOULUMATKATUKI TAMMIKUUSSA 2003

Ilmastonmuutos ja uudet liiketoimintamahdollisuudet

Pienhiukkaset: Uhka ihmisten terveydelle vai pelastus ilmastolle? FT Ilona Riipinen Nuorten Akatemiaklubi Suomalainen Tiedeakatemia

Climforisk - Climate change induced drought effects on forest growth and vulnerability

Metsä ekosysteemipalvelujen tuo3ajana case ilmastonmuutoksen torjunta

Käsivarren tunturimittarituhot vuosina 2004 ja 2005

Suomen Metsäosaamisen Vientiseminaari: Kokemuksia ja ajatuksia metsäosaamisen viennin haasteista

Transkriptio:

Fysikaaliset menetelmät metsien kaukokartoituksessa Miina Rautiainen Metsätieteiden laitos, Helsingin yliopisto Image: Jacques Descloitres, NASA/GSFC Metsätieteen päivä, 12.11.2014 Kaukokartoitus luonnontieteellisenä ilmiönä? Optisen kaukokartoituksen taustalla säteilynsiirron teoria v. 1960 (engl. radiative transfer theory) Teorian isä: Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995), University of Chicago fysiikan nobel v. 1983 Image: nobelprize.org

Optisten satelliittikuvien tulkintamenetelmät 1) (Puhtaasti) tilastolliset menetelmät 2) Fysikaaliset menetelmät heijastusmallit ja muutamat kasvillisuusindeksit metsän heijastussuhde metsän rakenteen funktiona soveltuvat laajojen alueiden kartoitukseen yleistyneet nopeasti, kehitystyö aktiivista taustalla kaukokartoitusaineistojen monipuolistuminen sekä globaalit sovellukset Haaste tulkintamalleille: sama metsä, eri spektri Havumetsän spektrin muutokset kasvukauden alussa Heijastussuhde Hyytiälä 2010 EO1-Hyperion kuvat Näkyvä Lähi-infrapuna (Keski)lähi-infrapuna Heiskanen, J., Rautiainen, M., Stenberg, P., Mõttus, M. & Vesanto, V. 2013. Sensitivity of narrowband indices to boreal forest LAI, reflectance seasonality and species composition. ISPRS Journal of Photogr. & Rem.Sens., 78: 1-14.

Miten metsän spektri muodostuu biofysikaaliset muuttujat? (Satelliitin) mittauskulma, ilmakehän tila Tulosäteilyn kulma, ilmakehän tila Lehtien, neulasten ja runkojen optiset ominaisuudet Latvuston syvyys ja aukkoisuus eri kulmissa, lehtialaindeksi Aluskasvillisuuden rakenne + optiset ominaisuudet Myös muistettava mm. lumi / vesipisarat spatiaalinen resoluutio Fysikaalisten menetelmien alkukoti Kehitystyö 1960-luvulla Tarton observatoriossa säteilynsiirronyhtälö muotoiltiin kasvillisuudelle ensimmäistä kertaa avainhenkilöt: Juhan Ross ja Tiit Nilson alan perusoppiteos (englanniksi) 1981 1980-luvulta alkaen rinnakkaista kehitystyötä myös Bostonin yliopistossa TO arhiivid 17.11.2014 6 TO arhiivid

Metsän heijastusmallien kehitys Europa JRC RAMI Experiments Samean väliaineen mallit 1970-l. Geometris-optiset mallit 1980-l. Hybridimallit 1990-l. Uudet ryhmittymismallit 2000-l. Boston University / Knyazikhin Fysikaalisten heijastusmallien käyttö 1) Heijastussimuloinnit: miten satelliittikuva muodostuu? Simuloidut spektrit -kaikki aallonpituudet -kaikki mittauskulmat -kaikki auringonkulmat validointi 2) Inversio: kartoitussovellukset Heijastusmalli Metsätietokanta Spektritietokanta Heijastusmalli Metsämuuttuja

Historiaa: ensimmäinen lehtialaindeksikartta maapallosta v. 2000 Kesäkuu 2000 Lokakuu 2014 Reto Stockli, NASA's Earth Observatory Team. LAI Bostonin yliopiston (Myneni, Knyazikhin) kehittämä fysikaalinen heijastusmalli Koko maapallon kartta viikoittain v. 2000 MODIS Terra ja Aqua -satelliittikuvat 2010-luvun uusia teemoja Fysikaalisten kaukokartoitusmenetelmien avulla uudenlaista tietoa ( uusia tunnuksia ) metsistä. Tänään esimerkkeinä 1. Metsän vuodenaikaismuutosten seuranta 2. Metsän rakenteen vaikutus albedoon

Fysikaaliset menetelmät fenologian kaukokartoituksessa Mitkä tekijät selittävät kasvukauden aikana havaitut muutokset spektreissä? Koivikko touko-heinäkuu? Suopursu huhti-lokakuu? Heijastussuhde kukinta Heiskanen, J., Rautiainen, M., Stenberg, P., Mõttus, M. & Vesanto, V. 2013. Sensitivity of narrowband indices to boreal forest LAI, reflectance seasonality and species composition. ISPRS Journal of Photogr. & Rem.Sens., 78: 1-14. Nilson, T., Rautiainen, M., Pisek. J. & Peterson, U. 2012. Chapter 3: Seasonal reflectance courses of forests. In: New advances and contributions to forestry research (ISBN 979-953- 307-503-6) Vuodenaikaisvaihteluiden heijastusmallinnus Esimerkki fysikaalisesta mallinnuksesta: Mikä on aluskasvillisuuden osuus koko metsän heijastamasta säteilystä kasvukauden eri vaiheissa? toukokuu elokuu Rautiainen, M. & Heiskanen, J. 2013. Seasonal contribution of understory vegetation to reflectance of a boreal landscape at different spatial scales. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, doi: 10.1109/LGRS.2013.2247560

Fenologia: aluskasvillisuuden muutosten arviointi? Tavoitteena erottaa latvuston ja aluskasvillisuuden heijastussignaalit toisistaan. Pisek, J., Rautiainen, M., Heiskanen, J. & Mõttus, M. 2012. On the retrieval of seasonal dynamics of forest understory reflectance in a Northern European boreal forest from MODIS BRDF data. Remote Sensing of Environment, 17: 464-468. Jan Pisek 7.4.2010 15.5.2010 23.4.2010 1.5.2010 9.5.2010 17.5.2010 Aluskasvillisuuden vihertyminen keväällä (NDVI:llä mitattuna) NDVI: kasvillisuusindeksi, lasketaan heijastussuhteista punaisessa ja lähiinfrapunassa, kuvaa vihreän kasvillisuuden määrää Jan Pisek Metsien merkitys maapallon albedolle: apua fysikaalisista kaukokartoitusmenetelmistä? Erilainen metsä, erilainen spektri, erilainen albedo erilainen ilmastovaikutus? Satelliitti-mittauksista ei suoraan saada albedoa vaan tarvitaan mallinnusta. Albedolla (0 1.0) useita määritelmiä. NASA Earth Observatory images by Simmon maaliskuu 2000 joulukuu 2011

Metsän muutokset ja albedo? Tänään esimerkkeinä kaksi lähestymistapaa: 1) Metsän rakenteen perusteella simuloidaan albedo fysikaalisen heijastusmallin avulla. 2) Satelliittimittauksista mallinnetaan albedo ( albedotuote ) ja liitetään metsätietokantoihin. saatavilla useita globaaleja albedotuotteita. (+ Vaihtoehto 3: Mitataan metsän albedo: erittäin hidasta ja teknisesti vaativaa) Metsän albedon simuloinnit Miten puulaji vaikuttaa metsän albedoon? Puhdas koivikko Albedo (DHR) Puhdas männikkö Puhdas kuusikko Lukeš, P., Stenberg, P. & Rautiainen, M. 2013. Relationship between forest density and albedo in the boreal zone. Ecological Modeling, 261-262: 74-79.

Koko Suomi: Metsän albedo satelliittituotteista? BIOMASSA LATVUSPEITTO LÄPIMITTA TALVI (14.3.2009) ALBEDO KESÄ (18.6.2009) Lukeš, P., Rautiainen, M., Manninen, T., Stenberg, P. & Mõttus, M. 2014. Geographical gradients in boreal forest albedo and structure in Finland. Remote Sensing of Environment, 152: 526-535. ALBEDO We acknowledge the Finnish Forestry Research Institute for providing the MS-NFI data for the study (http://kartta.metla.fi/valinta-en.html, accessed 12.2.2013). Fysikaalisten menetelmien kansainvälisiä tulevaisuuden näkymiä? Mikä kaukokartoitusaineisto soveltuu parhaiten mihinkin sovellukseen Hyperspektriset aineistot ja heijastusmallit fysiologisten prosessien seurannassa Aineistojen assimilaatio(menetelmät) esim. pitkät aikasarjat maapallon albedon ja fenologian ymmärtämisessä Skaalaus: lehti metsä satelliittikuvan spatiaalinen resoluutio Uudet inversiomenetelmät

Suomalaisen tutkimuksen rooli 2010-luvulla? Havupuiden rakenteen kuvaaminen tehokkaasti fysikaalisissa malleissa p-teorian kehitys ( spectral invariants theory ) ensimmäiset verson sirontafunktion mittaukset kokonaisvaltainen ymmärrys havumetsän spektrin muodostumisesta Globaalit algoritmit toimiviksi (myös) boreaalisten metsien osalta Albedotutkimus uusi ja nouseva Hyvät (maasto)aineistot mahdollistavat paljon!