Dual-Polarimetric signatures of vegetation – a case study Biebrza

• Autorzy: Ziolkowski, D. , Malek, I. , Budzynska, M.

Warianty tytułu

PL

Dwupolaryzacyjne charakterystyki roślinności na przykładzie obiektu badawczego Biebrza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main objective of the research presented in this article is to analyse the polarimetric characteristics of three main types of natural vegetation occurring in the Biebrza National Park – forests, shrubs and non-forest land communities covering wetlands. The variability of many different polarimetric products of signal decomposition, depending on the type of vegetation, the microwave image acquisition period and the method of their preliminary treatment, was analysed. An attempt was also made to assess how much polarimetric methods can be useful for modelling biophysical parameters of vegetation. The study used six dualpolarized (HH and HV) ALOS satellite images recorded during the growing season in the years 2008, 2009 and 2010. The images were processed in parallel, using different parameters, in order to estimate the impact of the spatial resolution of images and methods of speckle noise filtering on the value of polarimetric characteristics of different types of vegetation. All methods of polarimetric signal decompositions available using ESA POLSARPRO 4.2 software were tested. Three of them, i.e. the Alpha parameter from the H/A/Alpha decomposition (Cloud and Pottier, 1996) containing information about the dominant scattering mechanisms and two types of entropy: the entropy from the H/A/Alpha decomposition and the Shannon Entropy were selected for further analysis. The analysed years differed quite significantly from one another in the agro-meteorological conditions of plant growth. It was a cause of significant differences between the values of polarimetric characteristics in images recorded at the same season but in different years. During the growing season individual products of polarimetric signal decomposition are characterized by different variability. This demonstrates the dependence of different polarimetric characteristics on various biophysical parameters of the environment. It was observed that they are characterized by greater information content than the backscattering coefficient, especially if they are subjected to the process of increasing the resolution (oversampling). They can be used to model the biophysical parameters of vegetation.

PL

Głównym celem badań prezentowanych w tym artykule jest analiza charakterystyk polarymetrycznych trzech głównych typów roślinności naturalnej występującej na terenie Biebrzańskiego Parku Narodowego – lasów, zakrzaczeń oraz porastających tereny podmokłe lądowych zbiorowisk nieleśnych. Przeanalizowano zmienność wartości wielu różnych produktów polarymetrycznych dekompozycji sygnału w zależności od rodzaju roślinności, terminu rejestracji obrazów mikrofalowych oraz sposobu ich wstępnego przetworzenia. Została podjęta również próba oceny, na ile metody polarymetryczne mogą być przydatne do celów modelowania parametrów biofizycznych roślinności. W badaniach wykorzystano sześć dwupolaryzacyjnych (HH i HV) obrazów z satelity ALOS zarejestrowanych w trakcie trwania sezonu wegetacyjnego w latach 2008, 2009 i 2010. Obrazy poddano wstępnemu przetworzeniu, wykorzystując do tego różne algorytmy i parametry, w celu oszacowania wpływu rozdzielczości przestrzennej oraz redukcji plamkowania na wartości sygnatur polarymetrycznych roślinności. Wykorzystano wszystkie algorytmy polarymetrycznych dekompozycji sygnału dostępnych w programie ESA POLSARPRO 4.2. Trzy z nich: Alpha i Entropia z dekompozycji H/A/Ralpha (Cloud and Pottier, 1996) oraz Entropia Shannona zostały wybrane do dalszych analiz. Poszczególne lata, w których rejestrowane były obrazy radarowe, różniły się dość istotnie między sobą agrometeorologicznymi warunkami wzrostu roślin. Było to przyczyną znaczących różnic w wartościach charakterystyk polarymetrycznych na obrazach zarejestrowanych w tym samym terminie, ale w różnych latach. W trakcie trwania sezonu wegetacyjnego poszczególne produkty polarymetrycznej dekompozycji sygnału cechuje różna zmienność. Świadczy to o zależności poszczególnych charakterystyk polarymetrycznych od różnych parametrów biofizycznych środowiska. Zaobserwowano, że charakteryzują się one większą zawartością informacyjną, niż współczynnik wstecznego rozproszenia, zwłaszcza jeżeli zostaną poddane procesowi zwiększenia rozdzielczości (oversampling). Mogą zostać wykorzystane do modelowania biofizycznych parametrów roślinności.

Słowa kluczowe

PL

polarymetria; Bagna Biebrzańskie; roślinność

EN

polarimetry; Biebrza Wetland; vegetation

• Czasopismo: Geoinformation Issues
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 5, no. 1(5)
• Strony: 29--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Ziolkowski, D.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., PL 02-679 Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone],

autor

Malek, I.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., PL 02-679 Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone],

autor

Budzynska, M.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., PL 02-679 Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Balzter H., Rowland C.S., Saich P., (2007): Forest canopy height and carbon estimation at Monks Wood National Nature Reserve, UK, using dual-wavelength SAR interferometry, Remote Sensing Environment, Vol. 108, pp. 224–239.
• [2] Cloude S.R., (2010): Polarisation. Applications in Remote Sensing, Oxford University Press, p. 453.
• [3] Cloude S.R., Pottier E., (1996): A review of target decomposition theorems in radar polarimetry, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 34(2), pp. 498–518,
• [4] Dabrowska-Zielinska K., Budzynska M., Lavoie S., Hoscilo A., Bojanowski J., (2009): Application of remote and in situ information to the management of wetlands in Poland, Journal of Environmental Management, 90(2009), pp. 2261–2269.
• [5] Dabrowska-Zielinska K., Budzynska M., Kowalik W., Malek I., Gatkowska M., Bartold M., Turlej K., (2012): Biophysical Parameters Assessed from Mircrowave and Optical Data, International Journal of Electronics and Telecommunications, Vol. 58, No 2, pp. 99–104.
• [6] Dabrowska-Zielinska K., Budzynska M., Malek I., Tomaszewska M., Gatkowska M., Napiorkowska M., Ziolkowski D., (2013a): Modeling of Vegetation parameters from microwave data, 5th TerraSAR-X / 4th TanDEM-X Science Team Meeting, 10–14 June 2013, German Aerospace Center (DLR).
• [7] Dabrowska-Zielinska K, Budzynska M., Ziolkowski D., Gatkowska M., Tomaszewska M., Turlej K., Malek I., (2013b): Performance of microwave data for assessment of Biomass, Soil Moisture and Carbon Balance for Wetlands, ESA Living Planet Symposium, 9–13 September 2013, Edinburgh, UK.
• [8] Gruszczynska M., Dabrowska-Zielinska K., Malek I., (2007): A Study of the Swamp Ecosystem of the Biebrza National Park Using Remote Sensing Methods, Wszechnica Biebrzanska, Issue 3, meetings XX–XXIII, Osowiec – Twierdza, pp. 48–58.
• [9] Lee J.S., Pottier E., (2008): Polarimetric radar imaging: from basics to applications, Optical Science and Engineering Series, 143, CRC Press, p. 440.
• [10] Le Toan T., Beaudoin A., Riom J., Guyon D., (1992): Relating forest biomass to SAR data, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 30(2), pp. 403–411.
• [11] Lu D., (2006): The potential and challenge of remote sensing-based biomass estimation, International Journal of Remote Sensing, 27(7), pp. 1297–1328.
• [12] Matuszkiewicz A., Glowacka I., Jakubowski W., Kaminski J., Myslinski G., Sobczynski L., (1999): A sampling of non-forest ecosystems protection, a diagnosis of the condition and an assessment of the natural values of the Biebrza National Park, The Characteristics of the Vegetation of the Biebrza National Park, a typescript.
• [13] Santoro M., Shvidenko A., McCallum I., Askne J., Schmullius C., (2007): Properties of ERS-1/2 coherence in the Siberian boreal forest and implications for stem volume retrieval, Remote Sensing of Environment, Vol. 106, pp. 154–172.
• [14] Santoro M., Schmullius C., Pathe C., Schwilk J., Beer C., Thurner M., Fransson J., Shvidenko A., Schepaschenko D., McCallum I., Meaudoin A., Hall R., (2013): Estimates of Forest Growing Stock Volume of the Northern Hemisphere from Envisat ASAR, ESA’s living planet symposium, 9–13 September 2013, Edinburgh, UK.
• [15] Thiel Ch., Thiel C.A., Schmullius C., (2009): Operational Large Area Forest Monitoring in Siberia Using ALOS PALSAR Summer Intensities and Winter Coherence, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 47(12), pp. 3993–4000.
• [16] Ziolkowski D., Bochenek Z., Hoscilo A., (2013a): The relationship between backscattering coefficient and products of interferometric processing of TerraSAR-X stripmap images in forests of different type and ages, 5th TerraSAR-X / 4th Tan-DEM-X Science Team Meeting, 10–14 June 2013, German Aerospace Center (DLR).
• [17] Ziolkowski D., Dabrowska-Zielinska K., Malek I., Tomaszewska M., Budzynska M., (2013b): Soil and vegetation parameters derived from different Envisat and ALOS products – Single Look Complex and Precision Images, ESA Living Planet Symposium, 9–13 September 2013, Edinburgh, UK.
• [18] www.biebrza.org.pl.