Γενικά, ως τηλεπισκόπηση μπορεί να χαρακτηριστεί η πρακτική της συλλογής πληροφοριών από απόσταση. Ωστόσο, ο όρος «τηλεπισκόπηση» θεωρείται συνώνυμος με την χρήση δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων αισθητήρων παρακολούθησης της γης, λόγω της εισαγωγής του την δεκαετία του 1960 για την περιγραφή του νέου εξελισσόμενου πεδίου δορυφορικών και εναέριων εφαρμογών. Από τα ισχυρότερα πλεονεκτήματα της τηλεπισκόπησης σε σχέση με τις επίγειες μεθόδους συλλογής δεδομένων είναι ότι προσφέρει την ανιχνεύσιμη πληροφορία σε πολλαπλές κλίμακες. Η σημαντικότερη διάσταση των δεδομένων τηλεπισκόπησης είναι η χωρική, αφού δίνεται η δυνατότητα συνοπτικής απεικόνισης μεγάλων περιοχών σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Η τηλεπισκόπηση δίνει με αυτόν τον τρόπο την δυνατότητα επέκτασης της χωρικά περιορισμένης αντίληψης των παραδοσιακών μεθόδων μέτρησης, ώστε να επιτευχθεί μια διευρυμένη κατανόηση των πολύπλοκων και δυναμικών λειτουργικών συστημάτων του πλανήτη. Η δεύτερη διάσταση που εισάγεται μέσω των μεθόδων τηλεπισκόπησης είναι η χρονική. Τα δορυφορικά συστήματα παρακολούθησης της γης δίνουν την δυνατότητα διαχρονικών απεικονίσεων με σταθερή επαναληψιμότητα και για μακρά περίοδο. Οι ιδιότητες αυτές προσφέρουν την ικανότητα μελέτης δυναμικών φαινομένων, διαχρονικών συγκρίσεων και καταγραφής στοιχείων ή φαινομένων σε συνεχή βάση (long-term monitoring). 

Η τηλεπισκόπηση περιλαμβάνει την εξέταση των παρατηρούμενων αντικειμένων σε διάφορες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η συνηθισμένη μορφή τηλεπισκοπικών αισθητήρων – που επικρατούσε τις τελευταίες τρείς δεκαετίες – βασίζεται στην χρήση λίγων και σχετικά μεγάλου φασματικού εύρους περιοχών. Τέτοιου τύπου αισθητήρες ονομάζονται πολυφασματικοί (multispectral) και διαθέτουν συνήθως τέσσερα με επτά κανάλια μεγάλου φασματικού εύρους. Αντίθετα, η υπερφασματική τηλεπισκόπηση, η οποία κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος στις εφαρμογές παρακολούθησης των οικοσυστημάτων τα τελευταία χρόνια, βασίζεται στην εξέταση πολλών, στενών και συνεχόμενων φασματικών καναλιών (Σχήμα 1). Η πολύ υψηλή φασματική ανάλυση των υπερφασματικών αισθητήρων επιτρέπει την λεπτομερή αναγνώριση των φασματικών ιδιοτήτων των παρατηρούμενων στόχων.

Μία κοινή πρακτική μελέτης της βλάστησης μέσω τηλεπισκόπησης είναι ο υπολογισμός δεικτών βλάστησης. Ένας δείκτης βλάστησης προκύπτει από έναν μαθηματικό τύπο που συνδυάζει τις φασματικές τιμές μερικών καναλιών ενός αισθητήρα, ώστε να αποδώσει μία τιμή που να υποδεικνύει κάποια ιδιότητα της βλάστησης. Η συνηθέστερη λογική σχεδιασμού ενός δείκτη βλάστησης είναι η χρήση μιας μαθηματικής σχέσης μεταξύ δύο φασματικών περιοχών που εμφανίζουν αντίστροφη απόκριση σε ένα βιοφυσικό φαινόμενο, ώστε η παραγόμενη τιμή του δείκτη να δίνει έμφαση στο φαινόμενο αυτό. Είναι επίσης σύνηθες να χρησιμοποιούνται δύο φασματικές περιοχές από τις οποίες μόνο η μια να είναι ευαίσθητη σε κάποιο χαρακτηριστικό της βλάστησης και η άλλη να μένει ανεπηρέαστη από αυτό, αποτελώντας έτσι την περιοχή αναφοράς. Εάν όμως χρησιμοποιηθούν δυο φασματικά κανάλια που έχουν όμοια απόκριση σε ένα φαινόμενο και η μαθηματική σχέση τους είναι απλή όπως ένας λόγος, τότε ο δείκτης αυτός στερείται ευαισθησίας στο παρατηρούμενο φαινόμενο.

Image1 350

Σχήμα 1. Ανακλαστικότητα οικοσυστήματος με Fagus sylvatica, υπολογισμένη από πολυφασματική (MODIS) και υπερφασματική δορυφορική εικόνα.

Video που παρουσιάζει τη Μικτή Πρωτογενή Παραγωγικότητα της περιόδου 2000-2009 για τις χερσαίες περιοχές του πλανήτη, όπως έχει υπολογιστεί από τον αισθητήρα Terra MODIS της NASA (Credit: NASA/Goddard Space Flight Center).

Το φαινόμενο της έντονης φασματικής αντίθεσης της βλάστησης ανάμεσα στο ορατό και το υπέρυθρο φάσμα έχει χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό πολυάριθμων δεικτών βλάστησης. Το φαινόμενο αυτό είναι χαρακτηριστικό της φασματικής απόκρισης της βλάστησης και δεν παρατηρείται στο γυμνό έδαφος ή σε τεχνητές δομές. Μάλιστα, η αντίθεση του ερυθρού από το εγγύς υπέρυθρο φάσμα είναι σχετικά ήπια σε περιοχές με αραιή βλάστηση ενώ εντείνεται σε περιοχές πλήρους κάλυψης του εδάφους από βλάστηση πυκνού θόλου. Ο πιο διαδεδομένος δείκτης βλάστησης που εκμεταλλεύεται το φαινόμενο αυτό είναι ο NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Ο NDVI προκύπτει από τον λόγο της διαφοράς της ανακλαστικότητας στο εγγύς υπέρυθρο (RNIR) και ερυθρό (Rred) προς το άθροισμα τους:

NDVI

O δείκτης NDVI σχετίζεται ισχυρά με τον δείκτη φυλλικής επιφάνειας (Leaf Area Index - LAI), το ποσοστό της απορροφούμενης φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας (Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation - FAPAR), και το ποσοστό φυτοκάλυψης της περιοχής (fractional vegetation cover – fc) (Carlson & Ripley, 1997). Αυτές οι παράμετροι είναι πολύ σημαντικές στην μελέτη της πρωτογενούς παραγωγικότητας και του κύκλου του άνθρακα και γι' αυτό το λόγο η παραγωγή παγκόσμιων χαρτών NDVI και η διαθεσιμότητα μακρών αρχείων δορυφορικών δεδομένων αποτελεί πολύ ενδιαφέρον στοιχείο στην μελέτη των κλιματικών αλλαγών.

Το Εργαστήριο Βοτανικής χρησιμοποιεί δεδομένα τηλεπισκόπησης για την μελέτη χερσαίων οικοσυστημάτων σε μεγάλη χωρική και χρονική κλίμακα. Υπάρχει εμπειρία επεξεργασίας και χρήσης υπερφασματικών και πολυφασματικών δορυφορικών δεδομένων σε οικοφυσιολογικές εφαρμογές. Επίσης, έχει αναπτυχθεί ένα μοντέλο εκτίμησης της ολικής πρωτογενούς παραγωγικότητας (ModSat) που βασίζεται σε δορυφορικούς δείκτες πολυφασματικών αισθητήρων και επίγεια μετεωρολογικά δεδομένα, το οποίο έχει βαθμονομηθεί για διάφορα οικοσυστήματα της Ηπείρου (Σχήμα 2).

Image2

Σχήμα 2. Μικτή Πρωτογενής Παραγωγικότητα (Gross Primary Productivity, GPP) για ένα οικοσύστημα με Fagus sylvatica, όπως έχει υπολογιστεί με το δορυφορικό μοντέλο ModSat για περίοδο τριών ετών.