植被冠层水平叶绿素含量的高光谱估测

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1、万方数据第29卷害11肯光谱学、与光谱A分ria析Vo。29,2091SpectroscopyandSpectralAnalysisNov№emllbe’r嘲20039删6年月，植被冠层水平叶绿素含量的高光谱估测董晶晶1’2，王力1，牛铮11．中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室，北京1001012．中国科学院研究生院，北京100049摘要植物的叶绿素含量指示了其健康状况。大庆域范围内植被叶绿素含量信息的提取可以用于评价植被的生长状况，实现对生态环境的监测。对于农田系统而言，作物叶绿素含量的估测还可以对施肥等田问操作提供支持。文章利用辐射传输模型模

2、拟多组不同状态下的植被冠层光谱反射率，通过埘模拟数据的冠层叶绿素含量以及冠层光谱之间关系的分析，构建了估测植被冠层水平叶绿素含量的光谱指数模型。该模型对冠层叶绿素含量的方差解释量达到了75％以上。分别使用野外实测冠层光谱和Hyperion高光谱遥感影像对试验区进行验证。结果证明该模型对冠层水平的叶绿素含量估测效果较好，具有应用价值。关键词冠层叶绿素含鼍；光谱指数；辐射传输模型中图分类号：P283．TP79文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2009)11—3003—04引言植物叶片中叶绿素含最的估测，是植被监测的一个研究重

3、点。一段时期内叶绿素含量的变化能够反映植物光合作用的强度，同时也可反映出植物的其他信息，如所处的生长期，生长状况等[13。研究表明叶片的叶绿素含量与叶片的光谱特性(反射率，透射率)存在明显的关系。利用统计方法可以构建叶片光谱估测叶绿素含量的模型，并且能够达到较高的精度(>95％)，为无损估测叶片的叶绿素含量提供了一种新的方法‘2·3

4、。随着遥感技术的发展，方便获取不同时间和空间尺度的植被冠层光谱信息成为可能。如何利用遥感技术获取大范围尺度、不同时问分辨率的植被叶绿素信息足实现遥感手段监测植被的一个莺要方面。与叶片光谱不同的是，植被冠层光谱还会受到植被冠层结构

5、、植被下垫面情况等影响。同时，利用遥感传感器获取的冠层光谱，还受到其他因素如太阳、观测角度和方位等的影响。因此，在冠层层次有效地提取植被叶绿素含量，需要同时考虑叶片自身情况和冠层结构、观测条件等因素。多数研究基于单一植被类型的冠层叶绿素含量估测，结果表明绿、红以及红外波段附近的光谱信息对于叶绿素含量较为敏感，基于这砦波段而建立的植被指数可以用于植被冠层层次叶绿素含量的估测h引。Gitelsont”j选择具有不同冠层结构类型的玉米和大豆作为研究对象，建立了利用冠层反射率倒数估测叶绿素含量的模型。已有研究表明在冠层层次提取植被叶绿素含量是可行的，其中光谱反射率倒

6、数被认为是分析叶绿素含母的最佳因子，但这些方法都局限于较为单一的植被种类。本文选用针对非针叶类植被应用较广的PROSAIL叶片冠层耦合模删模拟了不同叶片和冠层结构、不

7、一J观测条件下的冠层反射率。以此数据为基础，尝试构建提取叶绿素含量的光谱指数模型，选取合适波段以期减小其他参数的影响，提高叶绿素含量估测的精度。文章最后采用野外实测数据及Hyperion影像对估测模型进行了验证。1材料与方法1．1叶片冠层耦合模型由于受实验条件的限制，野外实测数据的采集量有限，因此本文首先选择利用辐射传输模型进行冠层光谱的模拟和估测模型的建立。使用模型进行数据模拟，可以获得足够

8、多的样本从而进行相关的分析计算。为了保证模拟的准确性，本文采用r应用较广且有较好效果的叶片模型PROSPECT耦合冠层模型sAIL进行数据的模拟LllJ。综合考虑Hyperion数据的光谱分辨率，本文将实测的冠层反射率光谱重新采样，间隔10nrn。收稿日期：2008—10-10．修订日期：2009—01—12基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(2007CB714406)，中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2一YW-313)，遥感科学国家重点实验室科研基金项目(KQ060006)和国家高技术研究发展专项经费项目(2006AAl20108)资助作者

9、简介：董晶晶．1982年生，中国科学院遥感应用研究所博士研究生e-mail：djjfive@163．com，dong．jjean@gmail．L-om万方数据3004光谱学与光谱分析第29卷叶片模型PROSPECT和冠层模型SAIL的参数设定，主要参考了LOPEX93数据库及文献中的实测值[12

10、，对各参数的取值范围做出了限制。对于太阳和传感器方位的设定则来源于野外实测样区的信息采集。1．2野外实验实验区设在甘肃张掖的农田区，采样范围为38．9119。～38．7451。N和100．4435。～100．3799。E。野外实验开展于2007年9月上旬，主要测量内

11、容为植株的叶片水分含量、叶片叶绿素含量、叶密度、样区