Multispektralerkundung

Verfahren der Fernerkundung, bei dem Daten simultan in mehreren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums aufgenommen werden.Von der multispektralen Fernerkundung ist die hyperspektrale Fernerkundung abzugrenzen. Beide ermöglichen es aber bei der Bildwiedergabe wie Menschen zu sehen (rot, grün, blau) oder wie Goldfische (infrarot) oder wie Hummeln (ultraviolett).

Am 4. September 2000 nahm das Instrument ASTER Multispektraldaten für die folgenden Bilder über dem Grazing Lands Research Laboratory des amerikanischen Landwirtschaftsministeriums bei El Reno (Oklahoma) auf. Diese Serie von Falschfarbenkomposit-Bildern belegen die Möglichkeiten, die Wissenschaftler mit den hochaufgelösten (bis 15 m² pro Pixel) Multispektraldaten haben.

Das Aster-Team leitet die fühlbare und die latente Wärme ab durch die Kombination von Messungen der Oberflächentemperatur und der Vegetationsfülle (NDVI) mit meteorologischen in situ-Messungen. Zusammen genommen zeigen die Messungen, dass der Hitzefluss von nacktem Boden von fühlbarer Wärme beherrscht wird, während der Wärmestrom, der von pflanzenbedeckten Gebieten und von Wasserkörpern ausgeht, von latenter Wärme beherrscht wird.

Die aus ASTER-Daten abgeleiteten Messungen der Flüsse latenter Wärme können in Evaporationsraten konvertiert werden, was im sechsten Bild gezeigt ist. Es ist daher ein direktes Maß für die Wassermenge, die an die Atmosphäre verloren geht. Bevor thermalinfrarote Satellitendaten verfügbar waren, konnten gebietsbezogene Änderungen der Evaporation nicht gemessen werden. Bis zum Start von ASTER war man nicht in der Lage, die Oberflächentemperaturen mit hoher Auflösung aus dem All zu messen. Verlässliche Oberflächentemperaturen sind aber wesentlich für das Monitoring der Evaporation. Mit einer Auflösung von 90 Metern können die Wissenschaftler die ASTER-Detektoren für das thermische Infrarot verwenden, um die Oberflächentemperaturen über große Flächen hinweg genau zu messen. Diese Fähigkeit wird unsere Kenntnisse über die Muster von Evaporationsvorgängen und von der Vegetationsgesundheit stark verbessern.

Ein multispektraler Blick auf El Reno, Oklahoma Im oberen Bild zeigen helle rote Farben grüne Vegetation an, die zu dieser Jahreszeit nur auf Bewässerungsland und in Flussnähe zu finden ist. Grau-grüne Farben markieren die abgeernteten Winterweizenfelder. Dendritische Muster von Flusssystemen sind deutlich erkennbar in der linken unteren und oberen rechten Ecke der Szene. Für die Erzeugung dieses Bildes wurden die drei sichtbaren Bänder und das nahe Infrarot des Instruments verwendet. Die nächsten zwei Bilder zeigen, dass es eine starke Korrelation zwischen der Menge an grüner Vegetation (ausgedrückt im Normalized Difference Vegetation Index, kurz NDVI) und der Landoberflächentemperatur gibt. Gebiete mit Vegetation haben NDVI-Werte von größer 0,3 (blaue und grüne Pixel) und sind relativ kühl (315-320 Kelvin). Nackte Bodenflächen haben NDVI-Werte nahe Null (orange und gelb) und sind relativ heiß (325-330 Kelvin). Wasserkörper haben einen sehr niedrigen NDVI von -0,2 (rot) und kühle Temperaturen von ca. 300-305 Kelvin (blau). Das vierte und das fünfte Bild zeigen Komponenten des Energiehaushalts an der Oberfläche der Region um 11h30 Ortszeit. Die Energiebilanz an der Oberfläche drückt das Verhältnis aus zwischen eintreffender Sonnenenergie, sowie der Energie, die von der Oberfläche absorbiert wird und der Energie, die von der Oberfläche in die darüber liegende Atmosphäre reflektiert oder emittiert wird. Diese Bilder geben einen Einblick in die komplexen Prozesse von direkter Strahlung, Leitung und Konvektion, die für Wissenschaftler wichtig sind bei ihren Untersuchungen von Wettermustern und dem Wasserkreislauf. Das vierte Bild zeigt die fühlbare Wärme und das fünfte Bild zeigt die latente Wärme, welche die Energie repräsentiert, die von der Erdoberfläche in die atmosphärische Grenzschicht fließt. Fühlbare Wärme versteht man als Energiefluss aufgrund von Temperaturgradienten, wohingegen latente Wärme verstanden wird als Energiefluss aufgrund von Evapotranspiration. Quelle: NASA Earth Observatory

Der Hauptunterschied zwischen multispektral und hyperspektral ist die Anzahl der Bänder und wie breit bzw. eng die Bänder sind. Multispektrale Bilder entstehen meist aus 3 bis 10 Bändern, die in den Pixeln wiedergegeben sind. Hyperspektrale Bilder entstehen aus viel engeren Bändern (10-20 nm). Deren Anzahl kann in die hunderte oder tausende gehen.