千岛湖水体叶绿素浓度高光谱遥感监测研究初报

以千岛湖为研究对象,利用高光谱地物光谱仪在库区进行了反射光谱测量和同步水质采样分析.通过研究水体藻类叶绿素浓度与其高光谱反射特征之间的关系,建立了叶绿素a的遥感定量模型, 结果表明:光谱反射率比值R701 nm/R516 nm、IKONOS的红光与蓝光波段反射率之比与叶绿素a线性相关程度都比较高,决定系数分别为0.87和0.83,可以用来估计叶绿素a浓度;而微分光谱、单波段以及其它波段比与叶绿素a的相关性不及前两者.所以,遥感估算千岛湖叶绿素a浓度,采用比值法最准确.由于TM波段与IKONOS波段范围几乎完全相同,而分辨率不同,从经济实用的角度考虑,可以用TM数据对整个库区进行大范围遥感监测,而对其支流和小范围水面,用分辨率较高的IKONOS数据才能满足精度要求.     

塔里木河流域上游天然胡杨叶片叶绿素与可见光-近红外光谱反射率的相关性研究

采用ISI921VF-512野外地物光谱辐射计实地测量了塔里木河上游天然胡杨5月至10月叶片可见光-近红外波段光谱反射率以及叶绿素含量,比较了不同月份间叶绿素含量的差异,并对叶绿素含量与光谱反射率进行了相关分析.研究结果表明:不同月份之间胡杨叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量差异极显著(p＜0.01),叶绿素含量最高的月份是8月,最低的月份是10月;胡杨叶片的可见光-近红外波段反射光谱与绿色植物的反射光谱曲线是一致的,不同波长位置的光谱反射率与叶绿素含量的相关性因波长不同而存在明显差异.在510 ～ 710 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著负相关,其中645nm处的相关系数最低(r在-0.45～-0.35之间);在415 ～510 nm和710～920 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著正相关,其中769 nm处相关系数最高(r在0.34～0.41之间).645nm和769 nm是两个具有特殊意义的波长位置,用于指示胡杨叶片叶绿素与反射率的相关性.     

棉花主要栽培生理参数的高光谱估测研究

 应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与叶片光合速率呈显著负相关。经逐步回归分析 ,确定的一阶微分光谱值与棉叶叶绿素浓度的最大相关系数是 0 .734 4 (n =2 1) ,发生在 75 0nm波段处 ;群体叶面积指数 (LAI)与归一化差值植被指数 (ND VI)呈很好的对数相关关系 ;红边、蓝边、黄边每边的积分面积积累了多波段信息 ,在估测棉花冠层叶片全氮含量中有较大的应用潜力。研究建立了棉花主要栽培生理参数叶绿素含量、LAI和冠层叶片全氮含量等的遥感估测统计模型。     

温洲蜜柑叶片光谱反射率与叶绿素含量的相关性

以日南一号温州蜜柑为试材,对不同时期、不同黄化程度叶片反射光谱及叶绿素含量进行研究,结果表明,日南一号叶片反射光谱在350～1750nm范围内,出现了5次反射峰,其中可见光区域552nm和近红外长波1680nm波段处各出现了1次较弱的反射峰,在近红外短波段范围出现了3次强反射峰．在整个测定波段范围内,光谱反射率强弱为夏梢叶片〉春梢叶片〉秋梢叶片．随着叶绿素含量降低,叶片反射率增强,但叶绿素含量进一步降低,反射率出现减弱．在可见光波段范围,光谱反射率强弱为重度黄化叶〉中度黄化叶〉轻度黄化叶〉正常叶,而在近红外区域,出现中度黄化叶〉重度黄化叶〉轻度黄化叶〉正常叶的趋势．     

棉花棉叶螨叶片遥感监测技术研究

通过使用便携式光谱仪对新疆石河子地区不同程度棉叶螨为害后的叶片光谱进行测量,同步进行理化参数测定,定性和定量地分析了棉叶螨为害后叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)、类胡萝卜素、厚度、全氮含量和含水量的变化和光谱反射特性,建立了棉叶螨叶片光谱诊断模型.结果表明:棉叶螨为害后的叶片所有理化参数较正常叶片低,叶绿素a变化幅度最大(88.8%),叶绿素(a+b)与棉叶螨的相关性最高(r=-0.924).棉叶螨叶片光谱反射率大小在近红外(750~860nm除外)和短波红外波段均随严重度的增加而增加,且可见光波段650nm附近有一个独特的反射峰,但在550nm附近低于正常叶片.605~724nm可作为棉花棉叶螨叶片光谱识别的敏感波段,706nm和758nm为最佳波段.4个估测参数建立的诊断模型均达到极显著相关水平,其中R758nm/R706nm建立的诊断模型检验R2最高(0.823),RE最小(0.351),可推荐为棉花棉叶螨叶片光谱识别的最佳模型.利用高光谱遥感可实现对棉花棉叶螨叶片的有效识别,可为棉花棉叶螨大面积监测提供借鉴和参考.     

水稻叶片反射光谱诊断氮素营养敏感波段的研究

田间小区试验叶色差异明显而生育期相似的两品种第一和第三完全展开叶片光谱反射率与氮素营养相关性分析表明,不同品种同一叶位之间这种相关性变化规律一致,然而在不同叶位之间相关性变化不尽一致.进一步对比分析大田区域试验和小区试验叶片光谱反射率与氮素营养相关性发现两区域样本相同叶位之间相关性变化规律相同.分析第一、三完全展开叶叶片光谱反射率处理之间差异显著性表明,存在差异显著的波段范围主要集中在绿光(525～605 nm)、黄光(605～655 nm)和短波近红外光(750～1100nm)范围内.和叶片氮素含量之间相关性最大的波段主要为绿光(525～605 nm)和黄光(605～655 nm)范围,而短波近红外光范围与叶片氮素含量之间相关性最小.因此和IKONOS2、IKONOS4、MSS4、MSS6、MSS7、SPOT1、SPOT3、TM2、TM4、AVHRRCH1、AVHRRCH2相对应的绿光(525～605 nm)、黄光(605～655 nm)和短波近红外光(750～1100nm)是叶片反射光谱诊断氮素营养的敏感波段范围.     

基于Landsat-OLI影像数据的向海湿地水体叶绿素a反演模型研究

本文以向海国家级保护区湿地水体为研究对象,以"3S"技术为支撑,基于实测水质数据与Landsat-OLI遥感影像数据,分析了波段的遥感反射率与叶绿素a浓度之间的相关性,采用回归分析的方法,建立并筛选出了最优反演模型。结果表明:Landsat-OLI数据的第4波段与向海湿地水体叶绿素a浓度的相关性最好,其构建的线性模型为反演叶绿素a浓度的最优模型。     

温洲蜜柑叶片光谱反射率与叶绿素含量的相关性

以日南一号温州蜜柑为试材,对不同时期、不同黄化程度叶片反射光谱及叶绿素含量进行研究,结果表明,日南一号叶片反射光谱在350～1 750 nm范围内,出现了5次反射峰,其中可见光区域552 nm和近红外长波1 680nm波段处各出现了1次较弱的反射峰,在近红外短波段范围出现了3次强反射峰.在整个测定波段范围内,光谱反射率强弱为夏梢叶片＞春梢叶片＞秋梢叶片.随着叶绿素含量降低,叶片反射率增强,但叶绿素含量进一步降低,反射率出现减弱.在可见光波段范围,光谱反射率强弱为重度黄化叶＞中度黄化叶＞轻度黄化叶＞正常叶,而在近红外区域,出现中度黄化叶＞重度黄化叶＞轻度黄化叶＞正常叶的趋势.     

SO2对水稻生理指标和光谱特征的影响

通过田间开顶式小区熏气试验,研究了SO2急性伤害对水稻叶绿素含量、叶液pH值、叶片含硫量和冠层光谱反射率及其相关性的影响,为遥感监测SO2污染环境下水稻长势提供基础研究.结果表明,随SO2 熏气浓度的增大,叶绿素含量呈减少趋势,叶片含硫量呈增加趋势.叶液pH值相应地降低,光谱反射率曲线在绿光和红光波段、蓝光和绿光波段之间的吸收谷有变平的趋势.选取冠层光谱叶绿素反射峰(550 nm±10 nm反射率)和近红外波段770 nm±10nm反射率(反映叶片结构)与叶片含硫量、叶绿素含量和叶液pH值进行的相关分析表明,(550±10)nm(770±10)nm冠层光谱反射率与叶片含硫量呈负相关,与叶液pH值、叶绿素总量均呈正相关.     

不同氮营养水平与夏玉米光谱特性关系初报

【目的】揭示关中地区夏玉米叶面光谱特性与施氮量间的相关性,探索不同施氮水平下夏玉米叶片含氮量与叶绿素等生化指标及其光谱反射率特征。【方法】在田间设置不同施氮水平(纯氮施用量分为0,120和240kg/hm2)的试验小区,分别于喇叭期、抽穗期、吐丝期和乳熟期,采用FieldSpec光谱仪于室内标准光源下测定夏玉米叶片的光谱反射率,采用H2SO4-H2O2消煮,连续流动注射分析仪测定叶片氮含量,采用叶绿素仪测定穗位叶片的叶绿素含量,并对所得数据进行相关性分析。【结果】夏玉米叶片含氮量与叶绿素含量之间呈显著相关性,作物施氮水平对叶片的叶绿素含量及含氮量有直接影响;不同施氮水平下夏玉米叶面的反射波谱曲线趋势大致相同,均明显在绿波段(550 nm左右)有1个反射峰,在近红外波段(760~1 070 nm)有1个较高的反射率平台,在近红外波段(760~1 070 nm)处的反射率随氮肥用量的增加而提高,在可见光波段(400~760 nm)处的反射率则正好相反;在可见光波段,不同生长期玉米的叶面光谱反射率表现为乳熟期>抽雄期>喇叭口期>吐丝期,而在近红外波段其光谱反射率表现为乳熟期>喇叭口期>抽雄期>吐丝期;在可见光(400~760 nm)波段处,夏玉米不同生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量呈负相关,而在近红外(760~1070 nm)波段处,除抽雄期外,其余生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量均呈正相关,且相关性较为显著;高光谱遥感监测显示,关中地区夏玉米氮素营养水平的敏感时期分别是喇叭口期、吐丝期及乳熟期,敏感波段为可见光波段的500~720 nm和近红外区的760~1 070 nm。【结论】夏玉米的氮营养水平与叶面光谱反射率存在显著的相关性,利用高光谱遥感数据监测关中地区夏玉米的营养状况是可行的。     

冬小麦条锈病生理变化及其遥感机理

对不同处理条件下的冬小麦条锈病进行 (病情指数 ) (DI)调查 ,并进行同步的光谱测定及田间取样 ,在室内测试了对病情指数有重要影响的几个参数因子 ,叶绿素含量及上叶含水量 ,并且将其与光谱反射率进行统计分析。研究结果表明 ,这些参数因子与反射率数据在 5 5 0～ 70 0和 70 0～ 1160nm范围内与DI有着相似的高相关性 ,说明条锈病害的DI变化可以通过叶绿素含量、上叶含水量参数直接的变化在光谱上得到响应 ,从而证明遥感监测DI是可行的 ,同时解释了遥感监测机理。选出与叶绿素含量、上叶含水量相关性最强的波段与DI作多元回归 ,建立的模型能很好地反演冬小麦条锈病的病情指数 ,正确率达到 75 %以上     

遥感影像融合与分类在城市边缘带扩展监测中应用研究

探讨了TM30m分辨率波段与SPOT10m分辨率全色波段通过融合来提高城市扩展动态监测精度的方法和应用潜力。首先采用IHS变换完成TM的多光谱波段与SPOT全色波段融合，增强变化信息在光谱和几何特征上的表征，然后采用最大似然分类方法对融合图像进行分类。实验结果表明光谱与纹理特征组合在用户精度上比单纯光谱、纹理特征分类分别提高21．87％和10．22％；在生产者精度上比各自分别提高8．4％和17．88％；Kappa系数分别提高0．10和0．21。通过高几何分辨率图像与多光谱波段融合方法可以，增强变化信息，纹理特征参与变化信息提取可以提高变化类型的分类精度。     

干旱胁迫下马蹄金草坪反射光谱研究

通过在不同灌水处理下马蹄金草坪干旱胁迫试验,对草坪反射光谱的变化及所对应的叶片相对含水量、叶绿素含量以及草坪外观变化进行测定。结果表明:不同灌水处理下马蹄金草坪反射光谱在可见光波段呈规律性变化。随着干旱胁迫程度的加重,其光谱反射率随土壤含水量逐渐降低而依次升高,在波峰(556 nm)和波谷(679 nm)处尤为明显,蓝光(400~475 nm)和红光(580~700 nm)范围的反射光谱增加,与叶绿素含量呈正相关。在同一灌水处理中,草坪可见光范围反射光谱随干旱的加剧而增加,且与马蹄金植株叶片相对含水量呈显著负相关,与草坪叶绿素含量则呈正相关,且叶片相对含水量与反射光谱的相关性高于叶绿素含量与反射光谱的相关性,它们之间的关系可以用直线回归方程来表示。     

花生叶鲜生物量的高光谱估算模型

利用花生生物物理参数和冠层高光谱数据,基于光谱一阶微分技术,选取对生物量敏感的波段组成高光谱植被指数,建立花生叶鲜生物量的高光谱遥感估算模型。结果表明,花生叶鲜生物量在绿峰525~556 nm、红谷645~689 nm和近红外710~900 nm波段范围反射光谱与花生叶鲜生物量有极显著相关关系。高光谱反射率与叶鲜生物量在大部分可见光区和近红外波段呈显著相关,并且在可见光红光波段呈负相关,在近红外波段呈极显著正相关。花生光谱反射率与花生叶鲜生物量相关的近红外、红光波段的敏感波段分别为770、673 nm,用这2个波段构建植被指数,组成高光谱归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)和再次归一化植被指数(RDVI),并构建生物量反演模型;相对于NDVI、DVI、RDVI建立的简单线性函数估测模型,RVI所构建的花生叶鲜生物量估测模型的预测精度较高。     

基于叶绿素a浓度的珠江口感潮河段咸潮监测研究

依据实测资料研究了珠江口最主要的感潮河段沙湾-虎门水道和磨刀门水道水体的叶绿素浓度、盐度的高光谱特征及其空间变化趋势。结果表明：水体叶绿素a浓度和反射率波段比值有较好的相关关系,最佳关系在R704/R513处,r=0.92;在盐度大于2‰的情况下,随着盐度增加叶绿素a浓度逐渐降低,并且向伶仃洋方向随着盐度的增加叶绿素a浓度是递减的。在珠江沙湾-虎门以及磨刀门感潮河段,水体表面盐度与叶绿素a浓度之间表现为较好的负相关关系,表明可以用叶绿素a浓度来推定咸潮的入侵情况。因此,通过遥感图像反演出水体的叶绿素a浓度进而推断珠江口河网区的咸潮入侵空间变化是可能的。     

干旱胁迫下马蹄金草坪反射光谱研究*

 通过在不同灌水处理下马蹄金草坪干旱胁迫试验,对草坪反射光谱的变化及所对应的叶片相对含水量、叶绿素含量以及草坪外观变化进行测定。结果表明:不同灌水处理下马蹄金草坪反射光谱在可见光波段呈规律性变化。随着干旱胁迫程度的加重,其光谱反射率随土壤含水量逐渐降低而依次升高,在波峰（556 nm）和波谷（679 nm）处尤为明显,蓝光(400~475 nm)和红光(580~700 nm)范围的反射光谱增加,与叶绿素含量呈正相关。在同一灌水处理中,草坪可见光范围反射光谱随干旱的加剧而增加,且与马蹄金植株叶片相对含水量呈显著负相关,与草坪叶绿素含量则呈正相关,且叶片相对含水量与反射光谱的相关性高于叶绿素含量与反射光谱的相关性,它们之间的关系可以用直线回归方程来表示。     

平原水库总氮质量浓度的定量遥感研究

以沧州大浪淀水库为研究对象,将实测的总氮含量和TM遥感数据反射率进行回归分析处理,构建了总氮含量与各波段多光谱定量遥感模型,并对（TM3＋TM4）波段指数模型进行了定量反演,其结果符合水体实际水质分布情况,表明所建模型可应用于该水体总氮含量的监测需要。     

基于TM和MODIS数据的滇中地区云南松林反射光谱特征分析

以云南省滇中地区为研究区,以2007年云南松样地一类清查结果为基础数据,获取样地测树因子信息。以Landsat、MODIS卫星遥感图像为光谱信息提取数据源,获得多光谱遥感图像的光谱值,并分不同坡向、郁闭度等级和不同分辨率等级绘制成滇中云南松的反射光谱曲线。结果表明,滇中地区的云南松主要分布影像在红外波段部分,曲线变化特征及反射率值比TM像反射率值阴坡大于阳坡;不同郁闭度等级提取的云南松反射率值,TM和MODIS的结果均为:密中疏,郁闭度相对坡向而言,对云南松反射率值的影响更大。     

基于支持向量机的棉花冠层叶片叶绿素含量高光谱遥感估算

【目的】建立并研究棉花冠层叶片叶绿素含量的高光谱估算模型,探讨合适的建模方法,以提高棉花叶绿素含量的高光谱遥感估算精度。【方法】以2016年种植的渭北旱塬区棉花鲁棉研28号为试验对象,用SPAD-502型手持式叶绿素仪和HR-1024i便携式地物光谱仪,分别测定棉花不同生育期冠层叶片SPAD值和对应的光谱反射率,分析SPAD值与光谱反射率的相关性。选取8个光谱参数,分析SPAD值与这8个光谱参数的相关性,并采用单因素回归、多元逐步回归和支持向量机(SVM)回归方法,构建棉花冠层叶片叶绿素含量的高光谱估算模型,比较各模型的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)以及相对误差(RE),评价模型的精度。【结果】(1)棉花冠层叶片光谱反射率在400～700nm波段随叶片SPAD值升高而降低,在700～1 000nm波段表现为SPAD值越高,叶片光谱反射率越高;(2)在530～570nm和680～730nm处叶绿素含量与光谱反射率呈极显著负相关(99.99%置信区间,n=144);(3)所选用的8个光谱参数与叶绿素含量均达到极显著相关,相关系数最高为0.686;(4)SVM回归模型验证R2达到了0.884,RMSE和RE最低,分别为2.186和3.419,比单因素回归模型中预测精度最高的SPAD-RVI1的RMSE和RE分别降低46.4%和46.3%,较多元逐步回归模型SPAD-MSR的RMSE和RE分别降低33.4%和32.1%,明显提高了棉花叶绿素含量的估算效果。采用8个光谱参数构建的SPAD-SVM8模型RMSE和RE比采用4个光谱参数构建的SPAD-SVM8模型分别降低了19.2%和23.5%。【结论】支持向量机(SVM)回归方法可以作为棉花冠层叶片叶绿素含量高光谱遥感估算的优选方法,且采用较多光谱参数构建的SVM模型估算精度更高。     

植物色素高光谱遥感研究进展

植物色素尤其是叶绿素、类胡萝卜素和花青素在生物圈中具有极其重要的作用.有关色素时间和空间的变化信息是植被和生态系统中一系列关键特性和过程的一个有价值的指示器.但是,由于传统的植物色素测定方法的制约,对植物色素时间、空间变化信息的获取是有限的.而高光谱遥感技术的出现为非破坏性、重复地在一定空间尺度上连续地定量色素浓度成为了可能.本文总结了目前植物色素高光谱遥感的主要分析技术与方法,包括基于单个窄波段反射率、基于多个窄波段反射率的组合(主要是光谱色素指数)、光谱微分技术和辐射传输模型的应用.并展望了今后植物色素高光谱遥感的发展方向.