Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем
Визначено варіації спектрометричних коефіцієнтів відбиття пшениці, мерісівського наземного хлорофільного індексу TCI та позиції червоного краю REP за польовими даними спектрорадіометра Field Spec® 3 FR під впливом просочування природного газу над Глібовським газовим родовищем (Крим). Встановлено сил...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/43835 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем / З.М. Шпортюк, О.М. Сибiрцева, С.С. Дугін // Доп. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 115-119. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-43835 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-438352017-11-17T22:03:55Z Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем Шпортюк, З.М. Сибірцева, О.М. Дугін, С.С. Науки про Землю Визначено варіації спектрометричних коефіцієнтів відбиття пшениці, мерісівського наземного хлорофільного індексу TCI та позиції червоного краю REP за польовими даними спектрорадіометра Field Spec® 3 FR під впливом просочування природного газу над Глібовським газовим родовищем (Крим). Встановлено сильну кореляцію між індексами REP й TCI з коефіцієнтом r=0,987 та зменшення величин цих індексів на газоносній території щодо їх фонових значень за межами родовища. We detected the influence of natural gas seepage on the variances of wheat reflectance spectra, MERIS terrestrial chlorophyll index TCI, and red edge position (REP) from the field spectrometric Field Spec® 3 FR data over the Hlibovske gas field (the Crimea). We found the strong correlation (r=0.987) between REP and TCI and some decrease in REP and TCI values over the gas field relative to their mean values outside the gas field. 2011 Article Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем / З.М. Шпортюк, О.М. Сибiрцева, С.С. Дугін // Доп. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 115-119. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/43835 528.813:(633.1:553.981)(477) uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Науки про Землю Науки про Землю |
| spellingShingle |
Науки про Землю Науки про Землю Шпортюк, З.М. Сибірцева, О.М. Дугін, С.С. Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем Доповіді НАН України |
| description |
Визначено варіації спектрометричних коефіцієнтів відбиття пшениці, мерісівського наземного хлорофільного індексу TCI та позиції червоного краю REP за польовими даними спектрорадіометра Field Spec® 3 FR під впливом просочування природного газу над Глібовським газовим родовищем (Крим). Встановлено сильну кореляцію між індексами REP й TCI з коефіцієнтом r=0,987 та зменшення величин цих індексів на газоносній території щодо їх фонових значень за межами родовища. |
| format |
Article |
| author |
Шпортюк, З.М. Сибірцева, О.М. Дугін, С.С. |
| author_facet |
Шпортюк, З.М. Сибірцева, О.М. Дугін, С.С. |
| author_sort |
Шпортюк, З.М. |
| title |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| title_short |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| title_full |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| title_fullStr |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| title_full_unstemmed |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| title_sort |
вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Науки про Землю |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/43835 |
| citation_txt |
Вплив просочування природного газу на наземний хлорофільний індекс та позицію червоного краю спектрів відбиття пшениці над газовим родовищем / З.М. Шпортюк, О.М. Сибiрцева, С.С. Дугін // Доп. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 115-119. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT športûkzm vplivprosočuvannâprirodnogogazunanazemnijhlorofílʹnijíndekstapozicíûčervonogokraûspektrívvídbittâpšenicínadgazovimrodoviŝem AT sibírcevaom vplivprosočuvannâprirodnogogazunanazemnijhlorofílʹnijíndekstapozicíûčervonogokraûspektrívvídbittâpšenicínadgazovimrodoviŝem AT dugínss vplivprosočuvannâprirodnogogazunanazemnijhlorofílʹnijíndekstapozicíûčervonogokraûspektrívvídbittâpšenicínadgazovimrodoviŝem |
| first_indexed |
2025-07-04T02:15:14Z |
| last_indexed |
2025-07-04T02:15:14Z |
| _version_ |
1836680809850863616 |
| fulltext |
УДК 528.813:(633.1:553.981)(477)
© 2011
З. М. Шпортюк, О.М. Сибiрцева, C. С. Дугiн
Вплив просочування природного газу на наземний
хлорофiльний iндекс та позицiю червоного краю
спектрiв вiдбиття пшеницi над газовим родовищем
(Представлено академiком НАН України В. I. Ляльком)
Визначено варiацiї спектрометричних коефiцiєнтiв вiдбиття пшеницi, мерiсiвського
наземного хлорофiльного iндексу TCI та позицiї червоного краю REP за польовими да-
ними спектрорадiометра Field Spec® 3 FR пiд впливом просочування природного газу над
Глiбовським газовим родовищем (Крим). Встановлено сильну кореляцiю мiж iндексами
REP й TCI з коефiцiєнтом r = 0,987 та зменшення величин цих iндексiв на газоноснiй
територiї щодо їх фонових значень за межами родовища.
Як вiдомо [1–5], спектри вiдбиття рослинностi реагують на просочування природного га-
зу в грунтi аномальними спектральними зсувами позицiї червоного краю REP (the Red
Edge Position). Розвиток гiперспектральних сенсорiв для дистанцiйного зондування зем-
ної поверхнi дозволив застосовувати цю властивiсть рослинного покриву для виявлення
вегетацiйних стресiв, спричинених витiканням нафти iз нафтопроводiв [6] та газу iз газо-
проводiв [7, 8]. Вiдомо також використання гiперспектральних даних сенсора Hyperion для
розвiдування газових родовищ [9].
Виведення на орбiту в 2002 р. супутника Envisat iз суперспектральним сенсором MERIS,
одним iз продуктiв якого є iндекс MTCI (Meris terrestrial chlorophyll index) [10], дало змогу
використовувати його для монiторингу рослинного покриву, що було успiшно здiйснено
нами для класифiкацiї земного покриву Українських Карпат [11, 12] за даними сенсора
MERIS. Позначимо цей iндекс для даних спектрорадiометра FieldSpec® 3 FR через TCI.
Метод дослiдження варiацiй iндексiв REP спектрiв вiдбиття пшеницi над родовищем
газу, згiдно з даними наземного спектрометрування спектрорадiометром FieldSpec® 3 FR,
описаний в публiкацiї [13]. Мета даної роботи — дослiдження змiн у спектрах вiдбиття
рослинностi та у величинах iндексiв TCI й REP пiд впливом просочування природного газу,
а також встановлення кореляцiї мiж цими iндексами, оскiльки кiлькiснi характеристики їх
можуть слугувати ключем для прогнозування аномалiй вуглеводнiв у грунтi на пiдставi
даних наземного гiперспектрального дистанцiйного зондування пшеницi.
Обчислення iндексiв червоного краю за даними спектрорадiометра
FieldSpec® 3 FR. Методика виявлення оптичної аномалiї на даних спектрометричної
зйомки рослинностi над покладами вуглеводнiв (ВВ) орiєнтована на кiлькiсну оцiнку змiни
оптичних спектральних характеристик рослинностi, серед яких особливу роль вiдiграють
такi iндекси червоного краю, як позицiя REP та наземний хлорофiльний iндекс TCI.
Обидва iндекси залежать вiд вмiсту хлорофiлу в рослинах — показника здоров’я. Оскiль-
ки аномальнi концентрацiї ВВ у грунтi впливають на здоров’я та рiст рослин [5], то змi-
ни в рослинах, якi спричиненi покладами ВВ, що вiдбиваються в оптичних характеристи-
ках, можна використовувати як iндикатори аномалiй просочування вуглеводнiв у грунтi.
З розвитком гiперспектрального дистанцiйного зондування Землi з високим просторовим
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №11 115
та спектральним роздiленням стало можливим кiлькiсно оцiнити стан рослинностi [11, 12]
за вегетацiйними iндексами REP .
Обчислення iндексу REP. Згiдно з методом 4-точкової лiнiйної iнтерполяцiї, REP
(у нм) для даних спектрорадiометра FieldSpec® 3 FR обчислюється за такими формулами:
REP = 701 + 41
(R−R(701))
(R(742) −R(701))
,
R =
R(671) +R(783)
2
,
(1)
де R — значення спектрометричного коефiцiєнта вiдбиття на довжинi хвилi λ.
Обчислення iндексу TCI. Згiдно з позначенням [7], для даних спектрорадiометра
FieldSpec® 3 FR наземний хлорофiльний iндекс TCI це — вiдношення рiзницi коефiцiєнтiв
вiдбиття при λ = 754 й 708 нм до рiзницi коефiцiєнтiв вiдбиття при λ = 708 й 681 нм:
TCI =
R(754) −R(708)
R(708) −R(681)
. (2)
Iз наведених вище формул видно, що для обчислення iндексу TCI потрiбно менше iнфор-
мацiї — значення R на 3-х довжинах хвиль, а для обчислення iндексу REP — значення R
у 4-х точках хвильового дiапазону.
Проведення вимiрювань та аналiз даних. Спектрометрування пшеницi над Глi-
бовським газовим родовищем проведено дистанцiйно в сонячну погоду 27 травня 2010 р.
портативним спектрорадiометром FieldSpec® 3 FR. Вимiрювання спектрiв вiдбиття пше-
ницi здiйснювалось у 22-х точках. Маршрут наземного знiмання охоплював 11 точок на
фоновiй дiлянцi за межами родовища та 11 точок над Глiбовським газовим родовищем [13].
Протяжнiсть маршруту приблизно 2 км. Вiдстань мiж точками спектрометрування близько
100 м. У кожнiй точцi, згiдно з даними наземних вимiрювань, обчислено коефiцiєнти вiдбит-
тя пшеницi на вiдрiзку [350, 2500] нм та вегетацiйнi iндекси REP й TCI, згiдно з формула-
ми (1) й (2). Обчислено фоновi значення (ф) вегетацiйних iндексiв як середнi арифметичнi
їх значення в 11-ти точках на фоновiй дiлянцi за межами родовища за такими формулами:
REPф =
11∑
i=1
REPi
11
, (3)
TCIф =
11∑
i=1
TCIi
11
. (4)
Вiдмiнностi в спектрах вiдбиття пшеницi, що спричиненi просочуванням природного газу,
демонструє рис. 1, на якому представленi спектрометричнi коефiцiєнти вiдбиття як функцiї
довжини хвилi R = R(λ) на вiдрiзку [350, 1000] нм для пшеницi, що росла за межами родо-
вища R1(λ) (точка 5 на рис. 2, а) та над Глiбовським газовим родовищем R2(λ) (точка 17).
Данi наземних вимiрювань спектрорадiометром FieldSpec® 3 FR отримано 27.05.2010 р.
При зiставленнi наведених на рис. 1 кривих видно, що над газовим родовищем значення
R2(λ) на вiдрiзку λ ∈ [350, 680] нм збiльшується, а на вiдрiзку λ ∈ [740, 1000] нм змен-
шується щодо вiдповiдних значень R1(λ) для пшеницi за межами родовища. Зокрема якщо
116 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №11
Рис. 1
Рис. 2
прирiст функцiї R1(λ) на вiдрiзку λ ∈ [700, 750] нм становить 0,45, то для функцiї R2(λ) —
лише 0,30. Такi змiни вiдбиття пшеницi над газовим родовищем призводять до зменшення
величин REP (так званий голубий зсув) i TCI. Так, для значення R2(λ) REP = 717,76 нм,
TCI = 1,75, а для значення R1(λ) REP = 722,57 нм, TCI = 2,83. Величини вiдхилень
iндексiв вiдповiдно дорiвнюють: для REP ∆REP = 717,76 . . .−722,57 нм = −4,81 нм, для
TCI ∆TCI = 1,76 . . .−2,83 = −1,08. Зсув REP до коротких довжин хвиль становить по-
над 4 нм.
Графiки величин вегетацiйних iндексiв REP (а) та TCI (б ) у точках маршруту спект-
рометричної зйомки пшеницi на Глiбовському газовому родовищi демонструє рис. 2. На
горизонтальнiй осi рисунку а i б нанесено порядковi номери точок проведення вимiрю-
вань: точки 1–11 розташованi за межами родовища, точки 12–22 — над Глiбовським га-
зовим родовищем. Зауважимо, що на рисунках вiддаль мiж точками умовна i не вiд-
повiдає вiдстанi мiж точками на мiсцевостi. Також позначено фоновi значення iндек-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №11 117
сiв: REPф = 721,46 нм та TCIф = 2,654, якi обчисленi за формулами (3) й (4) вiд-
повiдно.
Значення REP змiнюються в межах вiд 717,76 нм (точка 17) до 723,57 нм (точка 3).
Середнє арифметичне значення на профiлi REPсер = 720,28 нм. Рiзниця мiж фоновим
REPф та середнiм значеннями REPсер дорiвнює 1,17 нм. Середнє арифметичне значення
над покладом REPп менше, нiж значення REPсер. Рiзниця мiж значеннями REPф та REPп
дорiвнює 2,35 нм. Величина “голубого зсуву“ становить 2,35 нм. Таким чином, рiзниця мiж
фоновим значенням REP i середнiм значенням над покладом перевищує 2 нм. Рiзниця мiж
фоновим значенням REP та мiнiмальним значенням дорiвнює 3,7 нм.
Згiдно з даними обчислень iндексу TCI, у точках маршруту (див. б на рис. 2) його
значення змiнюються в межах вiд TCImin = 1,75 (точка 17) до TCImax = 3,378 (точка 1).
Середнє арифметичне значення на маршрутi TCIсер = 2,367. Рiзниця мiж мiнiмальним
i фоновим значеннями TCI: TCImin − TCIф = −0,954, а мiж максимальним i фоновим
значеннями становить: TCImax − TCIф = 0,724. Рiзниця мiж максимальним i мiнiмальним
значеннями TCI дорiвнює 1,628.
Аналiзуючи графiки варiацiй iндексiв REP й TCI для спектрiв вiдбиття пшеницi (див.
рис. 2), можна зробити висновок, що мiж цими величинами iснує значима кореляцiйна
залежнiсть. Коефiцiєнт кореляцiї дорiвнює 0,987.
Наведенi результати дослiджень свiдчать про те, що комплексне використання двох iн-
дексiв (REP й TCI), якi реагують на змiну вмiсту хлорофiлу в пшеницi, що вiдзначається
в спектрах вiдбиття i в значеннях вегетацiйних iндексiв, може слугувати методом виявле-
ння вегетацiйних стресiв i вiдповiдно аномальних вiд’ємних значень вегетацiйних iндексiв
у мiсцях аномальних концентрацiй газоподiбних вуглеводнiв у грунтi, а також бути нафто-
газопошуковими iндексами.
Отже, можна зробити такi висновки: вперше було проведено дослiдження наявностi ано-
малiй iндексiв червоного краю REP та наземного хлорофiльного iндексу TCI, обчислених
за гiперспектральними даними спектрометрування пшеницi над покладом ВВ Глiбовського
газового родовища спектрорадiометром FieldSpec® 3 FR. У ходi дослiджень встановлено,
що здоров’я рослин зазнає впливу аномальних концентрацiй газу в грунтi, що вiдзначається
в спектрах вiдбиття в зонi червоного краю зменшенням коефiцiєнтiв вiдбиття в близькiй
iнфрачервонiй зонi спектра та збiльшенням у червонiй (див. рис 1).
Дослiджено характер змiн iндексiв червоного краю REP й TCI: позицiї червоного краю
спектрiв вiдбиття пшеницi з метою виявлення пошукового сигналу над покладами ВВ. Вста-
новлено, що в мiсцях аномально високих концентрацiй газоподiбних вуглеводнiв у грунтi
значення iндексiв REP й TCI зменшуються порiвняно iз їх значеннями для фонової дiлян-
ки за межами родовища.
Гiперспектральне дистанцiйне зондування рослинного покриву над родовищами газу
може бути використане для визначення цих змiн. Особливо ефективним є метод комплекс-
ного використання двох вегетацiйних iндексiв REP й TCI, якi мають високий коефiцiєнт
кореляцiї, що дорiвнює 0,987. Реагуючи на змiну вмiсту хлорофiлу в рослинах зменшенням
їх величин над покладом ВВ у порiвняннi з фоновими значеннями за межами покладу, во-
ни можуть виявляти вегетацiйнi стреси в мiсцях збiльшених концентрацiй природного газу
в грунтi i таким чином слугувати нафтогазопошуковими iндексами.
1. McCoy R.M., Scott L. F., Hardin P. The spectral responce of sagebrush in areas of hydroсarbon production:
Proc. of the 7th Thematic conf. on Remote Sensing for Exploration Geology, Calgary, Alberta, Canada,
Okt. 2–6, 1989. – Ann Arbor, Michigan: Environmental Research Inst., 1989. – P. 751–756.
118 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №11
2. Noomen M.F., Skidmore A.K., van der Meer F.D. et al. The influence of gas pipeline leakade on plant
development and reflectance: Proc. of the 25th Asian conf. on Remote Sensing, Thailand, Nov. 22–26,
2004. – Chiang Mai, 2004. – 1./2. – P. 637–642.
3. Noomen M.F., Skidmore A.K., van der Meer F.D. Detecting the influence of gas seepage on vegetati-
on using hyperspectral remote sensing: Proc. of the 3th EARSel Workshop on Imaging Spectroscopy,
Herrsching, Germany, May 13–16, 2003. / Eds. M. Habermeyer, A. Mulle, S. Holzwarth. – Herrsching,
2003. – P. 252–256.
4. Noomen M.F., van der Meer F.D., Skidmore A.K. Hyperspectral remote sensing for detecting the effects
of three hydrocarbon gases on maize reflectance: Proc. of the 31st Intern. symp. on Remote Sensing of
Environment: Global monitoring for sustainability and security, Saint-Petersburg, June 20–24, 2005. –
Saint-Petersburg: CD-ROM publ., 2005. – 4 p.
5. Noomen M.F. Hyperspectral reflectance of vegetation affected by underground hydrocarbon gas seepage. –
Intern. Inst. for Geo-Intern. Sci. and Earth Observation. – Enschede, the Netherlands (ITC). – 2007. –
No 145. – 167 p.
6. Li L., Ustin S. L., Lay M. Application of AVIRIS data in detection of oil-induced vegetation stress and
cover change at Jornada, New Mexico // Remote Sens. Env. – 2004. – 94. – P. 1–16.
7. Van der Werff H.M.A., Noomen M. F., van der Meijde M. et al. Use of hyperspectral remote sensing to
detect hazardous gas leakage from pipelines // New Developments and Challenges in Remote Sensing /
Ed. by Z. Bochenek. – Rotterdam: Millpress, 2007. – P. 707–714.
8. Noomen M.F., Smith K. L., Steven M.D. et al. Hyperspectral indices for detecting changes in canopy
reflectance as a result of underground natural gas leakage // Int. J. Remote Sens. – 2008. – 29. – P. 5987–
6008.
9. Xu D.-Q., Ni G.-Q., Jiang L.-L. et al. Exploring for natural gas using reflectance spectra of surface soils //
Adv. Space Res. – 2008. – 41. – Is. 11. – P. 1800–1817.
10. Dash J., Curran P. J. The MERIS terrestrial chlorophyll index // Int. J. Remote Sens. – 2004. – 25. –
P. 5403–5413.
11. Shportyuk Z.M., Sakhatsky A. I., Sibirtseva O.N. Land cover classification in Ukrainian Carpathians using
the MERIS Terrestrial Chlorophyl index and red edge position from Envisat MERIS data: Proc. of Mid-
Term Symp. ISPRS “Remote Sensing: From Pixels to Processes”. – Enschede, the Netherlands, May 8–11,
2006. – Enschede, the Netherlands (ITC), 2006. – P. 353–357.
12. Лялько В. I., Шпортюк З.М., Сахацький О. I., Сибiрцева О.М. Класифiкацiя земного покриву Кар-
пат з використанням наземного хлорофiльного iндексу та позицiї червоного краю за даними вiдео-
спектрометра MERIS // Косм. наука i технологiя. – 2006. – 12, № 5./6. – С. 10–14.
13. Лялько В. I., Шпортюк З.М., Сибiрцева О.М. та iн. Дослiдження варiацiй iндексiв червоного краю
спектрiв вiдбиття пшеницi над газовим родовищем // Там само. – 2010. – – 16, № 6. – С. 5–10.
Надiйшло до редакцiї 29.03.2011Науковий центр аерокосмiчних дослiджень Землi
Iнституту геологiчних наук НАН України, Київ
Z.M. Shportjuk, O.N. Sibirtseva, S. S. Dugin
The influence of natural gas seepage on the terrestrial chlorophyll index
and the red edge position of wheat reflectance spectra over the gas field
We detected the influence of natural gas seepage on the variances of wheat reflectance spectra,
MERIS terrestrial chlorophyll index TCI, and red edge position (REP) from the field spectrometric
Field Spec® 3 FR data over the Hlibovske gas field (the Crimea). We found the strong correlation
(r = 0.987) between REP and TCI and some decrease in REP and TCI values over the gas field
relative to their mean values outside the gas field.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №11 119
|