大兴安岭地区叶面积指数反演

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1、万方数据I绪论1绪论1．1引言绿色植被的叶面积指数(LeafAreaIndex，LAI)自1947年英国农业生态学家Watson提出以来【¨，已成为在植物光合作用、蒸腾作用、联系光合和蒸腾的关系、水分利用以及构成生产力基础等方面进行群体和群落生长分析时必不可少的一个重要参数【2’3】，同时在林分、景观以及地区尺度上对碳、能量、水分通量等研究方面有重要用途，在林冠水平上以及景观尺度上是模拟水分蒸发蒸腾损失总量的一个重要指标【41引，并被成功地用来估测林分尺度以及景观水平上的森林生产力[6，7，8】，是定量分析地球生态系统能量交换特性的一个重要结构变量【9，10l。准

2、确的获取叶面积指数数据就显得尤为重要，传统的实地测量数据无论从效率、成本都无法满足现代研究对叶面积指数数据的要求⋯】，遥感技术成为获取区域叶面积指数的有效途径。遥感技术作为新兴学科，在近40年里得到了快速的发展，传感器接收信号，电磁波作为信息载体，在不接触目标的情况下获取目标信息。特别近20年里定量遥感技术的发展，极大的提高了遥感反演获取信息的能力。1．2研究背景和意义森林是陆地生态系统的主体，在保持水土、水源涵养、净化空气、调节气候、全球水循环、碳循环等方面对全球生态平衡、生态环境发挥着重要的作用。森林面积约占全球陆地面积的四分之一，是资源丰富结构复杂的生态系统

3、，为人类的生存发展提供了重要的物质基础，环境保障。随着社会的发展，人们日益增长的物质需求与生态环境成为了对立关系，近几十年来环境受到破坏，森林面积减少，森林功能减弱又制约着人类的发展。如何准确的获取描述森林中碳、水、能量的变化信息增强人们对森林重要性认识、指导人们主观行为就显得尤其重要。森林在大气圈、土壤圈、水圈、能量圈等进行的生态交换与森林林分组成和冠层结构密切相关【12】。因此如何准确的描述森林冠层结构信息，监测冠层结构信息变化是定性、定量描述森林功能的保障。准确获取大范围、连续空间、多时相的森林冠层结构信息非常重要，森林结构冠层的重要描述参数之一叶面积指数近

4、些年来成为研究热点。叶面积指数是全球碳循环、气候变化模型中的一重要影响因予。叶片是植被植物的重要的营养器官，大部分光合作用在叶片完成，同时蒸腾作用也是通过叶片的气孔来实现的。叶片是植物与外界进行物质、能量交换的主要器官，与植物的固碳能力、蒸腾作用有着较高相关性。不同植被、生长期、健康度叶片数量都各具特点，因此叶面积指数也可以间接的描述森林的生长类型，生长状况等信息，这些都是影响森林功能重要指标。如今叶面积指数已经被认为是描述全球森林状况、研究植被与外界的能量循环、物万方数据东北林业大学硕士学位论文质循环的参考指标。外业测量可以较准确的获取叶面积指数，是判断遥感反演

5、叶面积指数重要的验证标准。但无论是对植被具有破坏性直接测量法还是利用光学仪器的间接测量法，都需要消耗大量的人力物力和时间，并且获取的点数据无法满足研究区域叶面积指数的需求。如今遥感反演成为快速获取大面积、多时相叶面积指数的唯一有效途径，利用遥感技术反演叶面积指数数据根据遥感数据类型可以分为：传统的多光谱遥感反演、激光雷达遥感反演、高光谱遥感反演和多角度遥感反演。森林多光谱光学遥感发展最早已经取得了巨大的成绩积累了丰富的经验，但是对于叶面积指数反演多光谱光学遥感多建立统计模型，这样的模型不具备物理意义，精度较低不具备移植性；激光雷达数据是主动遥感，具有全天候不受天气

6、影响限制的优点，但是现在星载激光雷达较少，限制了其使用；高光谱遥感可以获取地物连续的光谱信息，可以分析光谱曲线和斜率等来进行反演，反演前预处理工作较为复杂；多角度遥感，可以获取同一地物的多角度观测数据，为定量遥感提供足够信息，可以建立具有物理意义的机理模型对叶面积指数进行反演，大大的提高了模型利用率，是如今快速获取单时相、多时相大面积叶面积指数较为理想的反演方式。1．3基本概念1．3．1叶面积指数由于对叶面积指数理解和使用的不同，目前有不同的定义和解释如：单位水平地面面积上所有叶子表面积的总和(Totalleafareaindex)；植物叶片垂直投影面积总和与总体

7、土地面积的比值(Projectedleafareaindex)[1210但这样的表达不能很好的体现叶片对光能的利用率，不同的叶片形状可能会有相同的垂直投影，但是对光的利用率却未必相同，比如说同样直径的圆盘和球体他们具有相同的垂直投影面积，但是当光线以相同条件射入这两种物体时，圆盘只能截获一次入射光，而球体可以截获两次入射光ll31。而后Lang将L址定义为单位土地面积上的植物光合有效辐射(photosyntheticallyactiveradiation，PAR)总截取面积，比定义为单位土地面积上的垂直投影面积或最大投影面积具有更好的表达能力，因为PAR总截取面积

8、还反映了植