Caractéristiques de réflectance spectrale de la végétation arctique

Paul Budkewitsch, Centre canadien de télédétection, Ressources naturelles Canada, maintenant à Affaires autochtones et Développement du Nord Canada. Pak-Yau Wong: Musée canadien de la nature. Karl Staenz: Centre canadien de télédétection, Ressources naturelles Canada, maintenant à l’Université de Lethbridge. Robert Hitchcock: Prologic Systems Ltd, maintenant à RDDC. Éric Gauthier: MIR télédétection Inc., maintenant à Agriculture et Agroalimentaire Canada.

Image RVB de la région d’intérêt

Image RVB de la région d’intérêt (RI), une zone de 1,7 km x 1,7 km dans le nord de l’île de Baffin. La végétation apparaît en vert dans cette image en fausses couleurs et est présente principalement le long d’un réseau de petites vallées dans la partie inférieure gauche de l’image.

Les caractéristiques spectrales des saules, des mousses et des carex sont suffisamment différentes dans l’intervalle de 440 à 2 450 nm qu’elles peuvent être distinguées dans les données hyperspectrales ou les jeux de données de spectroradiométrie imageante. Pour vérifier l’utilité de la spectroradiométrie imageante aux fins de cartographie de la distribution de différentes communautés végétales, un cube de données hyperspectrales, obtenu au‑dessus d’une zone à couverture végétale clairsemée du nord de l’île de Baffin, près de la Arctic Bay (Nunavut), en juillet 1999 à l’aide du capteur PROBE-1 (en anglais seulement) aéroporté, a été traité afin d’isoler les composantes spectrales homogènes distinctes. La méthode de démixage liée à l’analyse itérative des erreurs (IEA, de l’anglais Iterative Error Analysis) utilisée dépend de données, et deux composantes spectrales homogènes de la végétation aux caractéristiques spectrales différentes (types A et B) ont été relevées dans la région d’intérêt.

 

Le type A est représentatif d’une lande mésique, dominée par le saule de l’Arctique (Salix arctica), tandis que le type B est reconnu comme étant une prairie marécageuse de mousses (principalement l’espèce Ditrichum flexicaule) et de carex (plusieurs espèces du genre Carex). L’étude sur le terrain de ces deux composantes spectrales homogènes de la végétation a été menée aux endroits où les deux composantes étaient présentes. L’efficacité des données de spectroradiométrie imageante pour identifier et cartographier certaines types de végétation arctique est démontrée. La compréhension des composantes spectrales homogènes obtenues dans le cadre de notre analyse a été facilitée par le biais de mesures spectrales au sol d’une seule espèce végétale.

Spectres moyens pour trois variétés de plantes différentes, voir version textuelle.

Spectres moyens pour trois variétés de plantes différentes : (a) saule de l’Arctique (Salix arctica); (b) mousse verte (Ditrichum flexicaule); (c) carex (Carex sp.,). Le spectre de chaque variété est décalé par rapport aux autres spectres aux fins de clarté. Les lignes horizontales de la grille correspondent à des intervalles de 10 %.

version textuelle

Spectres moyens pour trois variétés de plantes différentes

Cette figure vise à montrer le profil de réflectance de trois variétés de plantes (saule de l’Arctique, mousse verte et carex) dans la portion du spectre électromagnétique s’étalant de 440 nanomètres à 2240 nanomètres, avec des zones vides entre 1300 et 1400 nanomètres, et entre 1800 et 2000 nanomètres. La figure démontre principalement que les trois variétés de plantes ont des réflectances faibles dans la portion 440 à 640 nanomètres et qu’elle s’accroît ensuite dans la portion de 840 à 1300 nanomètres. Il est à noter que la différence entre les basses réflectances à 440-640 et les fortes réflectances à 840-300 sont les plus grandes pour le saule de l’Arctique, et les plus faibles pour le carex.

La présente étude compte deux volets : 1) la présentation des mesures spectrales au sol de quelques types communs de végétation arctique, appropriés pour l’échelle de détection de 1 à 10 m par les méthodes utilisant des données de spectroradiométrie imageante, et une discussion sur leurs caractéristiques principales; 2) la présentation des résultats des travaux d’identification et de cartographie des principaux types de végétation dans les données de spectroradiométrie imageante pour une petite région d’intérêt (RI) dans le Haut-Arctique canadien. Personne n’a tenté d’effectuer un relevé botanique complet dans la zone d’étude.

Des exemples de végétation arctique comme décrit dans le texte ci-dessous.

A : Saule de l’Arctique (Salix arctica) au port prostré. Sous les nouvelles pousses, le sol est couvert principalement de feuilles mortes de l’année précédente. B : La mousse verte (principalement Ditrichum flexicaule) forme un tapis dense et épais (de 6 à 8 cm) sur les sols humides. C : Milieu dominé par les carex (Carex sp.) qui compte également un petit nombre de saules de l’Arctique (Salix arctica), d’espèces du genre Eriophorum et d’autres plantes vasculaires, ainsi qu’avec un sous-tapis constitué de plusieurs bryophytes.

La reconnaissance de la densité et de la distribution spatiale des communautés végétales de l’Arctique est essentielle pour de nombreuses études de base sur l’environnement et peut fournir des données pour la détection des changements, l’estimation de la biomasse et la surveillance de la santé écologique globale de différentes régions. L’efficacité des données hyperspectrales pour identifier et cartographier certains types de végétation arctique a été démontrée. Puisque le spectre obtenu à l’aide de spectromètres aéroportées  couvre plusieurs mètres carrés au sol, la réponse spectrale dépend souvent du mélange de types de végétation présents. Les mesures spectrales prise au sol d’une seule espèce végétale, ou les combinaisons linéaires de la végétation associée, permettent de mieux comprendre les resultats spectrales obtenues à partir des données hyperspectrales aéroportées dans ces milieux. L’analyse des données peut par conséquent grandement profiter d’une bibliothèque de spectres de types de végétation connus.