新疆军塘湖流域融雪期不同积雪及雪被地物光谱反射率特征分析

用野外光谱仪测量了融雪期天山北坡军塘湖流域典型实验场的不同积雪及雪被地物的光谱,并对测得的光谱数据进行分析,结果表明,对于纯积雪光谱,在可见光波段有较高反射率,近红外波段范围内在1 100、1 300及2 260 nm附近出现反射波峰。与新雪相比,融化的积雪的反射率峰值在可见光波段和近红外波段内(2 100~2 400 nm)有明显的衰退,而雪被地物(包括覆有积雪的植被和有积雪背景的植被、土壤等)反射曲线均相对较低。对积雪/植被的混合像元光谱特征分析表明,雪被地物的光谱反射率曲线在可见光波段呈上升趋势,这是由于积雪背景的影响。最后,根据积雪、植被、土壤和积雪/植被混合像元的光谱特征建立混合光谱拟合方程,结果表明,模拟的光谱曲线与实测值有很好的相关性,其相关系数为0.927 6。     

倒伏春性冬小麦冠层光谱特征及倒伏严重度预测

采用高光谱仪测定不同春性冬小麦品种于不同时期倒伏的群体冠层光谱反射率,分析不同倒伏条件下的小麦冠层光谱特征,建立可快速、有效监测小麦倒伏严重程度的数学模型,为合理评价倒伏程度提供依据。结果表明,小麦倒伏后冠层光谱反射率增加,可见光波段550 nm附近出现1个波峰,670 nm附近出现1个波谷;近红外波段1 000 nm处出现1个较明显的波动,呈现2个波谷,1个波峰。同一倒伏级别下,倒伏时期不同,光谱反射率曲线存在差异,可见光波段乳熟末期冠层反射率高于开花期光谱反射率,而近红外波段恰好相反;在同一倒伏时期,倒伏级别越高,光谱反射率越大。倒伏级别与冠层光谱反射率的相关系数于760 nm处达最大(r=0.973 4**)。与NDVI、RVI、DVI相比,采用760 nm处冠层光谱反射率和DVI可有效评估春性冬小麦倒伏严重度。     

低温胁迫下的夏玉米苗期高光谱特征

本文以盆栽试验的方法,通过对低温下不同氮磷钾营养水平下的夏玉米苗期光谱曲线及其玉米生物量和苗期植株体内氮磷钾含量的对应分析,结果表明:(1)不同氮磷钾营养水平下,低温玉米苗期叶片光谱反射曲线在形状和趋势上基本相同,绿峰出现在550nm处、红端位于720nm左右、近红外反射平台出现在760～930nm。玉米苗期不同氮磷钾处理情况下没有“红移”和“蓝移”现象。(2)近红外区的叶片光谱反射率均可用来评价玉米的氮磷钾营养状况,而可见光区的叶片光谱反射率对玉米的氮、钾营养状况评价的可靠性高,对磷营养状况评价的可靠性相对较低。(3)在红光680nm 处,氮、磷处理下的玉米生物量与其叶片光谱反射率达到高度相关,其相关系数分别为0.92和0.85,但钾处理下的玉米生物量与其叶片光谱反射率没有明显的相关性。(4)玉米苗期植株体内氮磷含量与其叶片光谱反射率在红光、近红外反射平台区存在较高的相关性,玉米叶片光谱反射率与N含量在720nm左右其相关系数可达到-0.63,与P含量在近红外770～790nm相关系数达0.63。因此可用红光、近红外区的光谱反射率来诊断玉米植株体内氮磷含量。K含量与叶片光谱反射率在400nm左右相关性较强,...     

玉米冠层全光谱特征在不同施氮量和品种下的响应

采用光谱分析方法对生长在东北黑土上的大喇叭口期春玉米进行了不同施氮量、不同品种的冠层光谱特征研究。结果表明:不同施氮量下玉米冠层全光谱曲线图具有类似的趋势,350~500 nm和640~660 nm波段内反射曲线随着施氮水平的增加呈上升趋势,光谱反射率在不同波段差异较大,在可见光波范围内,350~500 nm波段内N2处理光谱反射率普遍高于其他处理,在500~650 nm附近反射率N0N3N2N1,反射曲线呈先下降后上升趋势排列;在750~1 350,1 450~1 800,2 000~2 350 nm波段内的玉米冠层光谱特征在不同施氮量下也呈现不同的趋势;施氮量对750~1 350,1 450~1 800,2 000~2 350 nm波段内的玉米冠层光谱特征有一定程度的影响;正常施氮量条件下不同品种玉米全光谱曲线在整个波段的趋势均一致,聚类分析显示不同玉米品种在不同波段光谱反射率差异较大。     

水稻叶片高光谱响应特征及氮素估算

将高光谱遥感技术应用于高纬度高海拔宁夏回族自治区,探讨水稻氮素快速无损的监测方法,为科学合理地施肥提供依据。对3个不同施氮水平、5个生育期水稻叶片反射光谱的响应特征及叶片叶绿素相对含量(SPAD值)进行对比分析,将光谱及SPAD值与氮素含量进行相关分析,筛选诊断氮素含量的特征光谱并构建氮素估算模型。结果表明,随着生育期的推进,叶片光谱反射率在可见光范围内呈增加趋势,该变化特征与SPAD值变化规律基本一致,近红外区光谱反射率呈先增加后降低的规律;随氮素含量增加可见光反射率降低,近红外反射率增加,SPAD值与氮素含量呈正相关(r=0.766);各波段对氮素的光谱响应程度不同,可见光波段更敏感,原始光谱612 nm和一阶微分666 nm为特征波长;叶片氮素估算最优模型为y=9.155x1-0.111x2+0.050x3+2.102(x1、x2、x3分别为R612 nm、R666 nm、SPAD值)。     

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。     

退化草甸草原近地面光谱特征初探

运用ISI921VF-256型地物光谱仪对内蒙古西乌旗哈日根台镇赛温都嘎查低山丘陵草甸草原的草群、裸地等进行光谱数据的提取,获得其反射率光谱特征。试验结果表明：不同地物的反射率不同,草甸草原草地群落的光谱反射曲线在可见光波段450和675 nm左右的蓝光和红光区形成吸收谷,反射率一般为5%～10%和10%～15%;570 nm左右的绿光区为反射峰,反射率一般为10%～20%;在近红外波段呈现强烈的反射,700～760 nm,光谱反射值随波长的增加而急剧升高,反射曲线陡而接近于直线的形态,从760nm开始,光谱反射值缓慢增加,反射率一般为25%～35%;裸地的反射曲线在可见光区高于草地群落,在近红外区低于草地群落;在不同退化梯度下,草甸草原植物群落的光谱反射率,随着退化梯度的加强而增强;在同一退化梯度下,大针茅群落对可见光的反射率小于冷蒿群落,而对近红外光的反射率大于冷蒿群落;草甸草原的不同地物具有其不同的光谱特征,并随着退化程度的变化表现一定的差异。     

枸杞4大病虫害的遥感近地高光谱特征

为给枸杞病虫害的防治提供依据,填补我国枸杞光谱特征研究方面的空白,采用近地高光谱遥感方法对枸杞主产区宁夏中卫市中宁县枸杞的健康冠层与枸杞木虱、瘿螨、负泥虫和白粉病等4种枸杞病虫害危害冠层的近地高光谱特征及变化规律进行研究。结果表明:不同病虫害感染后的冠层都具特有的光谱特征规律。健康枸杞冠层的光谱特征曲线较为平滑,其光谱反射率在红光波段700~760nm和近红外波段处高于染病冠层;木虱、瘿螨和负泥虫危害的冠层光谱特征曲线较为曲折,出现较多折点,并且发生蓝移现象;白粉病危害冠层的光谱特征较其他3种病虫害的平缓,但其光谱反射率在近红外波段较健康枸杞冠层的低。随着受害程度的加重,木虱危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700~760nm处和近红外波段处降低;瘿螨危害的枸杞冠层光谱反射率在绿光波段550~600nm和红光波段600~700nm处升高,在红光波段700~760nm处和近红外波段处光谱反射率降低;负泥虫危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700~760nm和近红外波段处降低;白粉病危害的枸杞冠层光谱反射率在蓝光波段、绿光波段和红光波段600~730nm处升高,在红光波段730~760nm和近红外波段处降低。     

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为给枸杞病虫害的防治提供依据,填补我国枸杞光谱特征研究方面的空白,采用近地高光谱遥感方法对枸杞主产区宁夏中卫市中宁县枸杞的健康冠层与枸杞木虱、瘿螨、负泥虫和白粉病等4种枸杞病虫害危害冠层的近地高光谱特征及变化规律进行研究.结果表明:不同病虫害感染后的冠层都具特有的光谱特征规律.健康枸杞冠层的光谱特征曲线较为平滑,其光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处高于染病冠层;木虱、瘿螨和负泥虫危害的冠层光谱特征曲线较为曲折,出现较多折点,并且发生蓝移现象;白粉病危害冠层的光谱特征较其他3种病虫害的平缓,但其光谱反射率在近红外波段较健康枸杞冠层的低.随着受害程度的加重,木虱危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm处和近红外波段处降低;瘿螨危害的枸杞冠层光谱反射率在绿光波段550～600 nm和红光波段600～700 nm处升高,在红光波段700～760 nm处和近红外波段处光谱反射率降低;负泥虫危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处降低;白粉病危害的枸杞冠层光谱反射率在蓝光波段、绿光波段和红光波段600～730 nm处升高,在红光波段730～760 nm和近红外波段处降低.     

棉花黄萎病冠层高光谱遥感监测技术研究

通过小区试验地病圃田和大田实验,不同时期对不同品种棉花黄萎病冠层光谱分别进行测定,定性和定量地分析了其反射光谱特征.结果表明:不同时期、不同品种棉花黄萎病冠层光谱与正常冠层之间有着显著的差异,冠层光谱均随严重度(SL)的增加表现出有规律的变化,可见光(620～700 nm)波段,光谱反射率随SL增加呈现上升趋势,近红外(700～1 300 nm)波段则表现出相反的趋势,在近红外(760～1 300 nm)尤为明显.黄萎病冠层光谱与SL相关后发现,806 nm附近SL(Y)与冠层光谱反射率(X)的相关性达到了极显著水平,二者之间的回归模型为:Y=-11.64 X+7.072 2(R2=0.675).研究为今后航空、航天遥感大面积监测棉花黄萎病提供了理论依据,为棉花其他病害遥感监测提供了借鉴和参考.     

烤烟叶片镉含量高光谱预测模型的构建

为快速准确地获取烟草叶片镉含量,本研究模拟了4个镉污染水平,用美国ASD光谱仪获取每个污染水平的烟草叶片光谱反射率,并测定不同时期烟草叶片的镉含量,筛选出与镉含量相关性最好的敏感波段,并建立光谱参数,将光谱参数作为输入因子建立烟草叶片镉含量的BP神经网络模型。结果表明：随着镉含量增加,在可见光和近红外范围（400~910 nm）内反射率先降低后增加,在930~1 000 nm波段范围内,叶片反射率与烟叶中镉含量呈正相关,在1 000~2 500 nm波段范围内反射率先增加后降低。经筛选,比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）的光谱指数分别为RVI （520,710）和NDVI （530,710）; BP神经网络模型的决定系数（R²）为0.681,均方根误差（RMSE）为8.001,并对模型进行检验,R²为0.801,RMSE为4.430。研究表明,BP神经网络模型对烟草叶片镉含量具有良好的预测效果。     

不同海拔的长白山岳桦叶片反射光谱研究

通过对长白山不同海拔下岳桦叶片反射光谱的研究,探讨岳桦叶片对高山环境的适应机制.结果表明:不同海拔间岳桦叶片光谱反射率及光谱指数有较大差异.在1750～2000m海拔梯度内,叶绿素归一化指数(chlNDI)显示;岳桦叶片叶绿素相对含量先升高再降低;光化学反射指数(PRI)显示岳桦叶片光合有效辐射利用效率在2000m处最...     

稻纵卷叶螟危害孕穗期水稻的光谱诊断

【目的】阐明稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）危害孕穗期水稻后,水稻冠层、未受害展开叶和受害已卷叶片的光谱特征,建立基于光谱参数的稻纵卷叶螟危害程度的诊断模型。【方法】利用便携式光谱仪测定不同卷叶率小区水稻的冠层光谱反射率,同时在不同卷叶率小区内采集未受害展开叶和已卷叶带回实验室进行室内单叶的光谱反射率测定,并采用相关分析与回归建模方法组建稻纵卷叶螟危害程度的光谱诊断模型。【结果】水稻冠层光谱反射率在近红外光区域内随卷叶率级别的升高而降低,738-1 000 nm处的反射率可较好地表征出水稻受稻纵卷叶螟危害的程度。不同卷叶率小区内的未受害叶的光谱反射率也可很好地表征水稻的受害级别,在512-606和699-1 000 nm处的反射率与小区卷叶率级别呈极显著的负相关。已受害卷叶的反射率在582-688 nm处与受害级别呈极显著正相关。水稻受稻纵卷叶螟危害后,在冠层、未受害叶及已受害卷叶光谱的红边幅值与红边面积有明显变化。利用水稻冠层光谱的红边幅值、未受害健康叶片550 nm处的反射率建立的稻纵卷叶螟危害程度的一元回归模型的诊断误差较小,而同时利用冠层、受害叶和未受害叶光谱组建的逐步回归模型的诊断误差最小,可用于小区稻纵卷叶螟危害的监测。【结论】受害区域内水稻冠层在738-1 000 nm处和未受害叶片在512-606和699-1 000 nm处的光谱反射率,以及红边幅值和红边面积均可较好地表征水稻受稻纵卷叶螟危害后的卷叶率级别,可利用这两层次的光谱指标分别对小区水稻的受害程度进行诊断。     

Bruise detection on ‘Golden Delicious’ apples by vis/NIR spectroscopy

Visible and near-infrared reflectance spectra were used to distinguish the bruises from the intact surfaces on ‘Golden Delicious’ apples. Reflectance spectra of apples were acquired for both bruised and intact surfaces within the range of 400–1700 nm. The effective wavebands for detecting bruises were determined by analysis of the correlelogram. The wavebands around 545 and 1200 nm clearly show the time evolution of the bruised tissue. The mean-normalized reflectance difference between wavebands centred at 745 and 905 nm was also an effective discriminator for detecting old bruises. Afterwards, a quadratic discrimination analysis was performed based on the selected discriminators. The total classification error for the 1-day-old bruises was about 16.3%. A more extensive study was carried out to determine the effects of storage time on classification performance. The detection error was decreased with the elapse of storage time after bruising. However, it was difficult to remove the time influence on the classification accuracy if only depending on the intensity value of reflectance.     

祁连山东段缀块水平冰雪景观变化的研究

采用美国陆地资源卫星两期卫星遥感图像,从缀块水平研究了祁连山东段地区1994-2008年的冰雪景观变化.研究结果表明,2008年祁连山东段地区冰雪景观与1994年同期相比,缀块总数量缩减了28.2%;冰雪景观总面积减少了19.6%;冰雪景观总体形状趋于复杂,10~100 hm2和1 000 hm2以上的缀块形状复杂度变大,<1hm2和100~1 000 hm2的缀块形状变化不显著;冰雪景观的总体破碎度减小,连接度增大,景观稳定性增加.     

潜伏期柑橘黄龙病宿主糖代谢及近红外光谱特征

柑橘黄龙病(Citrus Huanglongbing)是柑橘最具有毁灭性的病害,传染性极强,严重影响柑橘产业的健康发展。及时发现潜伏期未显症的病树并挖除,能够更加有效地阻碍黄龙病的传播。为此,特研究潜伏期染病叶片的糖代谢以及叶片组织光学特性的变化规律。结果表明,淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖在染病未显症叶片中已经出现了异常累积,分别是健康叶片的3.58、2.16、3.41、1.70倍,同时,近红外光谱的反射率出现了升高的趋势。进一步采用Random Frog算法选择前6个敏感波段(1 015、1 331、1 065、1 334、1 022、951 nm),并结合Naïve Bayes(NB)模型对潜伏期未显症柑橘黄龙病叶片进行判别,得到了97.5%的分类正确率,对阳性样本的漏检率为0,说明采用近红外高光谱技术能够实现对未显症柑橘黄龙病的检测,可为田间柑橘黄龙病的快速普查提供新的方法。     

Hyperspectral Estimation of Corn Fraction of Photosynthetically Active Radiation

Fraction of absorbed photosynthetically active radiation （FPAR） is one of the important variables in many vegetation productivity and biomass estimation models. Therefore, it is significant to retrieve FPAR accurately for the improvement of model precision. On the basis of the field experiment, this article analyzed the correlations between corn canopy FPAR and spectral reflectance, and reflectance derivative. Discussion about the mechanism of FPAR estimation with different empirical models is based upon corn canopy reflectance, reflectance derivative, NDVI （normalized difference vegetation index） and RVI （ratio vegetation index）. The reflectance of visible bands showed much better correlations with FPAR than near-infrared bands. The correlation between FPAR and reflectance derivative varied more frequently and greatly than that between FPAR and reflectance, and with preferable correlation only around 520, 570, 670, 805, 950, and 1 010 nm. Reflectance and reflectance derivative both had intimate correlation with FPAR at some typical single band, with the maximum R^2 of 0.791 and 0.882, respectively. In a word, reflectance derivative and vegetation index were much effective in the estimation of corn FPAR than reflectance, and the stepwise regression of multibands with reflectance derivative showed the best regression with R^2 of 0.944. Reflectance at 375 and 950 nm with absorption characteristics caused by water showed prodigious potential for FPAR precisely estimating model establishment. On the whole, vegetation index and reflectance derivative had good relationships with FPAR, and could be used for FAPR estimation. It would be effective for choosing right bands and excavating the hyperspectral data to improve FPAR estimating precision.     

基于光谱植被指数的冬小麦叶绿素含量反演

植物功能叶的SPAD值与其氮素和叶绿素有较强的相关性,研究功能叶SPAD与其冠层光谱的关系,对实现植株叶绿素含量快速、无损检测具有重要意义。本文通过对冬小麦生育期的冠层原始光谱进行一阶导数变换,研究其功能叶片SPAD值与冠层光谱的相关性,对监测冬小麦叶绿素含量的敏感波段进行了提取,并建立了叶绿素含量与冠层反射光谱的定量关系。结果表明,基于小麦冠层原始光谱反射率、冠层光谱导数反射率与SPAD的相关系数曲线,提取的各形式下冬小麦叶绿素含量的敏感波段分别为500、690、760和470、630、723nm;并构建了冬小麦叶绿素含量的预测模型,以FDNDVI(630,723)预测模型较好,其R2可达0.9485,模型验证参数R2、MRE和RMSE分别为0.8099、0.0294和1.805,拟合效果较好,表明该模型能有效地对冬小麦叶绿素含量进行预测。该研究结果可为冬小麦长势监测提供一定的理论参考。