植被遙感應(yīng)用張超

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院張超地理信息工程系08五月2024植被遙感1植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024本章主要內(nèi)容3植被光譜特征4植被指數(shù)2植被遙感原理1植被遙感概述2植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被作為地理環(huán)境最重要的組成部分，與氣候、地貌、土壤條件相適應(yīng)，受多種因素控制，對(duì)地理環(huán)境的依賴性最大。植被在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段（發(fā)芽-生長(zhǎng)-衰老），從其內(nèi)部成分結(jié)構(gòu)到外部特征均發(fā)生一系列周期性變化。這種以季節(jié)為循環(huán)周期，稱為植被季相節(jié)律。陸地植被是聯(lián)系土壤圈與大氣圈的重要紐帶，在地氣系統(tǒng)物質(zhì)與能量交換過(guò)程中起重要作用。植被變化影響氣候變化，是人類生存環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)農(nóng)作物為植被，因此植被遙感是農(nóng)業(yè)遙感重要基礎(chǔ)1植被遙感意義3植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和透射主要由葉片和植被結(jié)構(gòu)決定植物葉片和植被冠層使得植物光譜反射曲線呈現(xiàn)出起伏變化的特征植物遙感依賴于對(duì)植物葉片和植被冠層光譜特性的認(rèn)識(shí)，因而首先了解植物葉片和植被的結(jié)構(gòu)，及葉片和植被結(jié)構(gòu)的光譜特性。2植被遙感原理4植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024葉面切面結(jié)構(gòu)及其與光譜特征的關(guān)系上表皮層；柵欄層；海綿層；氣孔；下表皮層葉綠素、水、木質(zhì)素、纖維素等物質(zhì)葉片光譜特征5植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024葉片的機(jī)構(gòu)光與葉片相互作用的機(jī)理－I反射Epidermis:表皮，上皮；palisade：柵欄；spongy：海綿6植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被光譜特征1.葉片光學(xué)特性7植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植物的光和作用植物的光合作用是指植物葉片的葉綠素吸收光能和轉(zhuǎn)換光能的過(guò)程。僅利用可見(jiàn)光部分（0.38-0.76μm），即光和有效輻射（PAR），占太陽(yáng)輻射的47-50%植物葉片所吸收的光和有效輻射（APAR）的大小取決于太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和植物葉片的光合面積。光合面積與LAI、LAD、葉間排列方式、太陽(yáng)高度角等有關(guān)8植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024葉綠素a

，b,b-胡蘿卜素,藻紅蛋白色素,和藻青蛋白色素的吸收光譜AbsorptionEfficiencyAbsorptionEfficiency葉綠素a

的吸收峰：0.43and0.66mm.葉綠素b

的吸收峰：0.45and0.65mm.最佳的葉綠素吸收窗口：0.45-0.52mmand0.63-0.69mm9植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024假彩色合成圖像真彩色圖像10植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024不同生長(zhǎng)狀態(tài)橡樹(shù)葉子的反射特性Jensen,200011植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024不同橡樹(shù)葉子的反射特性12植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024水分含量對(duì)植被反射率的影響Jensen,200013植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024不同時(shí)期葉片光譜特性光與葉片相互作用的機(jī)理－I反射嫩葉成熟葉老葉14植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024冠層光譜特征植被結(jié)構(gòu)分為：水平連續(xù)型草地、生長(zhǎng)旺盛農(nóng)作物離散型稀疏林地、果園、灌叢等15植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被結(jié)構(gòu)植株是由葉、莖、枝、花等不同部分組成的。從植物遙感——植物與太陽(yáng)光（輻射）的相互作用出發(fā)，植被結(jié)構(gòu)主要指植物葉子的形狀（用葉傾角分布LAD，LeafAngleDistribution

）、大小多少（用葉面積指數(shù)LAI表示），植被冠層的形狀、大小以及幾何與外部結(jié)構(gòu)——包括成層現(xiàn)象（涉及多次散射）、覆蓋度（涉及間隙率、陰影）等；植被結(jié)構(gòu)是隨著植物的種類、生長(zhǎng)階段、分布方式的變化而變換的。16植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被結(jié)構(gòu)—連續(xù)型京94289502117植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被結(jié)構(gòu)—離散型18植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024葉面積指數(shù)與植被覆蓋度植被覆蓋度是一個(gè)重要的生態(tài)學(xué)參數(shù)，其定義為植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比。（針對(duì)一個(gè)區(qū)域）植被蓋度的定義為植被植株冠層或葉面在地面的垂直投影占植被區(qū)總面積的比例。（針對(duì)植被區(qū)）葉面積指數(shù)（LeafAreaIndex,LAI）：植被組分面積（每個(gè)單面面積）之和與植被在地面垂直投影面積的比值，即植被葉的層數(shù)。植被覆蓋度可以理解為植被的水平密度，而葉面積指數(shù)則體現(xiàn)了植被的垂直密度，兩者均為最常用的植被指標(biāo)。19植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024植被冠層光譜特性20植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024生物量（Biomass）廣義的生物量是生物在某一特定時(shí)刻，單位空間的個(gè)體數(shù)、重量或其含能量，可用于指某種群、某類群生物的（如浮游動(dòng)物）或整個(gè)生物群落的生物量。狹義的生物量?jī)H指以生物重量表示的，可以是鮮重或干重，一般指干重。21植被遙感應(yīng)用張超5/8/20244植被指數(shù)植被指數(shù)已廣泛用來(lái)定性和定量評(píng)價(jià)植被覆蓋及其生長(zhǎng)活力。由于植被光譜表現(xiàn)為植被、土壤亮度、環(huán)境影響、陰影、土壤顏色和濕度復(fù)雜混合反應(yīng)，而且受大氣空間—時(shí)相變化的影響，因此植被指數(shù)沒(méi)有一個(gè)普遍的值，其研究經(jīng)常表明不同的結(jié)果。20多年來(lái)，已研究發(fā)展了40多個(gè)植被指數(shù)。紅波段和紅外波段的不同組合統(tǒng)被稱為植被指數(shù)。植被指數(shù)的定量測(cè)量可表明植被活力，而且植被指數(shù)比單波段用來(lái)探測(cè)生物量有更好的靈敏性。植被指數(shù)有助于增強(qiáng)遙感影像的解譯力，并已作為一種遙感手段廣泛應(yīng)用于土地利用覆蓋探測(cè)、植被覆蓋密度評(píng)價(jià)、作物識(shí)別和作物預(yù)報(bào)等方面。22植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024簡(jiǎn)單比值植被指數(shù)第一個(gè)植被指數(shù):葉綠素在紅波段的吸收谷健康植被在近紅外的反射高臺(tái)區(qū)

(Cohen,1991).RVI對(duì)大氣影響敏感，而且當(dāng)植被覆蓋不夠濃密時(shí)（小于50%），它的分辨能力也很弱，只有在植被覆蓋濃密的情況下效果最好。23植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)/歸一化差值植被指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)NormalizedDifferenceVegetationIndex(NDVI):對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，可以進(jìn)行不同植被類型初級(jí)生產(chǎn)力的估計(jì)

；NDVI是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子；NDVI可以部分消除與太陽(yáng)高度角、衛(wèi)星觀測(cè)角、地形、云/陰影和大氣條件有關(guān)的輻照條件變化的影響；

監(jiān)測(cè)地球表面植被的物候類型，常被用來(lái)進(jìn)行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究；對(duì)低密度植被覆蓋，NDVI對(duì)于觀測(cè)和照明幾何非常敏感，對(duì)冠層背景的影響敏感。高植被覆蓋度，NDVI容易飽和。但在農(nóng)作物生長(zhǎng)的初始季節(jié)，將過(guò)高估計(jì)植被覆蓋的百分比；在農(nóng)作物生長(zhǎng)的旺盛期，將產(chǎn)生過(guò)低估計(jì)值。24植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024垂直植被指數(shù)

PerpendicularVegetationIndex為土壤線與坐標(biāo)軸之間的夾角實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)每一種土壤而言，其紅色波段與近紅外波段的反射率隨土壤含水量及表面粗糙度的變化近似滿足線性關(guān)系，并稱它為土壤線。如果忽略掉土壤線與軸的截距，并設(shè)A點(diǎn)為任一植被——土壤系統(tǒng)的實(shí)測(cè)值在坐標(biāo)中的位置，則PVI值就代表A點(diǎn)到土壤線間的垂直距離。

25植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024紅外指數(shù)紅外指數(shù)InfraredIndex(II)

綜合考慮了植被在近紅外和短波紅外對(duì)于植被生物量比較敏感，水分的影響:26植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024濕度強(qiáng)化指數(shù)Rocketal(1999提出)濕度強(qiáng)化指數(shù)MoistureStressIndex(MSI):basedontheLandsatThematicMappernear-ifnraredandmiddle-infraredbands27植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024土壤調(diào)整的植被指數(shù)在NDVI的基礎(chǔ)上引入了土壤調(diào)整因子L,以便最大限度地降低背景在土壤－植被相互作用中的一次影響(Hueteetal.,1994):

L

的值一般可取0.5，對(duì)不同的土壤都比較適合，可以降低土壤亮度的變化。(HueteandLiu,1994).28植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024土壤和大氣調(diào)整的植被指數(shù)HueteandLiu(1994)提出：在SAVI的基礎(chǔ)上那個(gè)引入藍(lán)波段來(lái)排除大氣的影響。SoilandAtmosphericallyResistantVegetationIndex(SARVI).

其中，

在使用之前需要對(duì)藍(lán)波段、紅波段、和近紅外波段進(jìn)行分子散射和臭氧吸收的糾正。29植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024增強(qiáng)植被指數(shù)針對(duì)MODIS數(shù)據(jù)提出的增強(qiáng)植被指數(shù)

EnhancedVegetationIndex(EVI)：

EVI是對(duì)NDVI引入了土壤的調(diào)整因子,L,和另外兩個(gè)因子,C1

和

C2

，用藍(lán)波段來(lái)修正大氣對(duì)紅波段的影響。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參數(shù),C1

＝

6.0,

C2

＝7.5,和

L＝1.0,在高覆蓋度時(shí)提高了敏感性(HueteandJustice,1999).30植被遙感應(yīng)用張超5/8/2024纓帽變換纓帽變換（TasseledCap）特殊的線性變換；與主成