Väitös geoinformatiikan alalta, DI Petri Palviainen

Väitöskirjan nimi: Measuring spectral signatures of forest floor and trees.

Väittelijä: Petri Palviainen
Vastaväittäjä: PhD Marco Celesti, European Space Agency - ESTEC, Alankomaat
Kustos: Professori Miina Rautiainen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, rakennetun ympäristön laitos

Tässä työssä kehitetään kenttä- ja laboratoriomenetelmiä, joilla mitataan metsänpohjan, puiden ja kasvinosien heijastusspektrejä.

Tämä väitöskirja esittelee, kehittää ja arvioi maanpinnalla käytettäviä menetelmiä korkealaatuisen spektriaineiston keräämiseksi erityyppisistä metsäkasveista. Väitöskirja muodostaa yhden tähän mennessä kattavimmista tutkimuksista siitä, miten metsäkasvillisuus — erityisesti puut ja metsänpohja — heijastaa valoa näkyvän valon, lähi-infrapunan ja lyhytaaltoisen infrapunan aallonpituusalueilla. Toistaiseksi yksittäisten metsän rakenneosien lyhytaaltoisen säteilyn spektrejä on mitattu verrattain vähän, ja erityisesti niiden valon sironnan suuntariippuvuudesta on hyvin rajallisesti tietoa. Yhdistämällä tietoa kasvillisuuden rakenteellisten ja koostumuksellisten ominaisuuksien vaikutuksista heijastusspektrien piirteisiin tutkimuksessa kerätyt spektrikirjastot toimivat viiteaineistona metsistä tehtäville drone-, lento- ja satelliittihavainnoille sekä auttavat kehittämään tarkempia metsien heijastusmalleja.

Mittauksia tehtiin sekä kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa että maastossa boreaalisissa, hemiboreaalisissa ja temperaattisissa metsissä Euroopassa. Hyödyntämällä kannettavan spektrometrin hyperspektristä erotuskykyä yhdessä gonio¬metrien ja käsikäyttöisten mittalaitteiden kanssa tutkimus paljastaa uutta tietoa kasvien ja niiden osien valonheijastusominaisuuksista. Näitä yksityiskohtia ei tällä hetkellä pystytä luotettavasti erottamaan satelliittikuvista metsien rakenteellisen monimutkaisuuden vuoksi. Väitöskirjan viiden tutkimuksen kokonaisuus havainnollistaa, että soveltuvia menetelmiä ja huolellisesti toteutettuja mittauksia tekemällä on mahdollista kerätä spektritietoa yksittäisistä lehdistä kokonaisiin puihin. Tulosten perusteella metsistä mitattujen spektrien muodot vaihtelevat kasvityyppien, kasvilajien ja metsänpohjan koostumuksen välillä, ja näihin vaikuttavat lisäksi kasvukauden kehitysvaihe sekä puuston latvusrakenne. Lisäksi kasvillisuuden spektrit ovat riippuvaisia katselusuunnasta.

Työn tulokset osoittavat, miksi metsää kuvaavat pikselit satelliittikuvissa ovat niin vaikeasti tulkittavia ja miten lähimittausten yhdistäminen laaja alaisiin satelliittihavaintoihin voi auttaa ratkaisemaan tulkinnan haasteita. Tulokset korostavat maanpinnalla tehtävien spektrimittausten tärkeää roolia kaukokartoitusmenetelmien mittaustarkkuuden arvioinnissa ja parantamisessa. Tarkentuneet metsien kartoitus- ja seurantamenetelmät tukevat monialaista tutkimusta, käytännön metsänhoitotyötä, viranomaisten ja lainsäätäjien työtä ja yritystoimintaa.

Avainsanat: kaukokartoitus, metsän heijastusspektri, goniometri

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: petri.palviainen@aalto.fi