Внутренняя структура листьев растений очень сложна, и именно она в основном влияет на отражательную способность в ближнем инфракрасном диапазоне [2, 5]. Как показано на рис. V.5, внутренняя структура листьев кукурузы и сои различна. Это различие объясняет различие отражательной способ-

Падающая энергия

Эффективная отрзжателоная способность=

1 + Гз = 1

Гз=;?2(или/)

Лист I

Лз=я2(или;)

Лист 2

72=г,(или/)

Рис. V.7. Упрощенная схема влияния нескольких слоев листьев на отражательную способность растительности:

I - падающая энергия, Т - пропущенная энергия, R - отраженная энергия

ности листьев кукурузы и сои в ближнем инфракрасном диапазоне, как показано на рис. V.6. Хотя на этом рисунке видно, что в видимом диапазоне длин волн различие отражательной способности очень небольшое, то в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах оно значительное. Многие другие виды растений имеют такие же четкие различия отражательной способности в ближнем инфракрасном диапазоне, хотя в видимом диапазоне они часто незначительны.

Важно отметить, что по сравнению с отражательной способностью одного листа несколько слоев листьев могут иметь даже более высокую отражательную способность (до 85%) в ближнем инфракрасном диапазоне спектра [8]. Это обусловлено аддитивной отражательной способностью: энергия, пропу-

щенная через первый (самый верхний) слой листьев и отранен-ная от второго слоя, частично передается обратно через первый слой. Например, рассмотрим лист, отражающий приблизительно 50% и пропускающий около 50% падающей на него энергии в ближнем инфракрасном диапазоне. Как показано на рис. V.7,.

100 г

Слой листьев хлопчатника

1,0 1,5 2,0

Длина волны (мкм)

Рис. V.8. Отражательная способность листьев хлопчатника, наложенных одик на,другой до шести слоев [8]

Пропущенная энергия падает на второй слой листа, где половина ее вновь пропускается (25% первоначальной энергии) и половина - отражается. Затем отраженная энергия проходит обратно через верхний слой листьев, и половина этой энергии (или 12,5% первоначальной энергии) пропускается и половина- отражается. Вся результирующая энергия, проходящая через верхний слой листьев в нащем примере с двумя слоями, составляет 62,5% падающей энергии. Моделирование нескольких слоев листьев (рис. V.8) показывает значительное увеличение отражательной способности в ближнем инфракрасном диапазоне по мере добавления слоев листьев, примерно до щести слоев [8]. Влияние данного явления на общую спектральную отражательную способность состоит в том, что ярус листьев хлопчатника или сои, например, имеет гораздо более высокую отражательную способность в ближнем инфракрасном диапа-

зоне в центре яруса, где слоев листьев больше, чем на краю яруса, где не так много слоев листьев и больше энергии пропускается через листья и поглошается почвой.

Рассмотрим теперь отражательную способность растительности в среднем инфракрасном диапазоне спектра. В этом диапазоне длин волн на спектральные характеристики зеленой рас-; тительности влияют полосы сильного водного поглошения на 1 длинах волн 1,4, 1,9 и 2,7 мкм (как было показано ранее на рис. V.1). Полоса поглошения при 2,7 мкм является самой боль-I шой и называется основной вибрационной полосой водного i поглощения. В самом строгом смысле эта полоса фактически ] является объединением двух основных вибрационных полос вод-1Н0Г0 поглощения, расположенных при длинах волн 2,66 и 2,73 мкм (есть еще одна основная вибрационная полоса вод-, ного поглощения при 6,27 мкм). Все полосы при длинах волн 1,9; 1,4; 1,1 и 0,96 мкм являются зонами обертона, объединенными и последовательно более слабыми зонами поглощения, чем основные полосы водного поглощения [1]. Полосы поглощения / при 1,9 и 1,4 мкм влияют на спектральную отражательную спо-I собность листьев в среднем инфракрасном диапазоне длин волн. I Однако даже очень небольшие полосы водного поглощения при ! 1,1 и 0,96 мкм оказывают значительное влияние на отражатель-I ную способность, особенно если имеется несколько слоев листь-I в, как показано на рис. V.8.

В среднем инфракрасном диапазоне длин волн максимумы отражательной способности находятся приблизительно при 1,6 и 2,2 мкм, между зонами водного поглощения. На рис. V.9 показано, что между отражательной способностью листьев в среднем инфракрасном диапазоне и поглощаемостью слоя воды толщиной примерно 1 мм существует почти обратная зависимость. Степень поглощения растительностью падающей солнечной энергии в среднем инфракрасном диапазоне является функцией общего количества воды, имеющейся в листе, которое, в свою очередь, является функцией содержания влаги в листе и толщины листа. При уменьшении содержания влаги в листьях их отражательная способность в среднем инфракрасном диапазоне длин волн заметно увеличивается. Это показано на рис. V. 10, где даны усредненные спектральные кривые листьев кукурузы для четырех различных по содержанию влаги групп. Как видно из этого рисунка, уменьшение содержания влаги не вызывает значительных спектральных различий до тех пор, пока оно не станет очень низким (например, ниже примерно 54%). Однако при очень низком проценте содержания влаги, который связан с двумя верхними кривыми, растения находились на стадии увядания или увяли, листья потеряли большую часть хлорофилла, и отражательная способность значительно увеличилась во всем отражательном диапазоне спектра. Как и можно было ожидать, увеличение отражательной способности в полосах водного поглощения было очень большим. Однако в ди-