利用高光谱数据监测酸雨胁迫对马尾松针叶光谱特征的影响

摘要

酸雨对生态系统的危害是全球性的环境问题。传统的酸雨监测多以点为基础，采取化学分析手段来获取数据，要得到大范围内酸雨的空间分布状况需要耗费大量的人力及物力。酸雨的长期胁迫会改变森林土壤的营养状况及植被的叶绿素含量，并进而影响植被在可见光、近红外部分的光谱反射率。本研究的目的是利用高光谱数据研究对酸雨敏感树种在不同程度的酸雨长期胁迫下的光谱反射率间的差异，希望能找到一条研究酸雨问题的新途径。 本实验方案主要分为室内实验及野外实验两大实验体系。室内实验主要在浙江林业大学的实验大棚内进行，分别对5个酸雨梯度的马尾松样本进行光谱曲线及叶绿素值的测定。对收集到的2500条光谱曲线及叶绿素值进行分类、均差处理，分别得到不同酸雨梯度胁迫下马尾松的特征光谱曲线及叶绿素差异值。野外实验主要选择在重庆江北区的铁山坪及重庆石柱县的黄水，主要由于铁山坪平均酸雨pH值为4．5及石柱平均酸雨pH值为5．0可以构成两个酸雨梯度下的马尾松生理生长样本。我们分别收集到1200条光谱曲线和叶绿素值．并对其进行分类处理及均差处理，得到在不同酸雨梯度胁迫下马尾松生长光谱曲线的差异性及叶绿素值的差异性。表明酸雨对马尾松的影响在光谱特征值上能够有所反应。最后我们对室内实验及野外实验数据进行了对比分析，取室内实验与野外实验酸雨胁迫梯度相关的两组数据与之匹配分析，在蓝边、蓝区、绿区、黄区、红光吸收谷、近红外及可见光区8个区域进行了相关性分析及主成分分析，希望能够在此基础上建立关于酸雨对马尾松胁迫的光谱特征模型。 我们从两个实验的数据分析结果得到以下三点结论： 1、不同室内酸雨梯度处理下的马尾松样本，在经过三月的生理生长过程中，叶面反射的光谱曲线数据产生了不同的差异性表象，经相关性分析得出，在可见光区域pH值为3．5、4．5、5．0、5．6、7．0五个酸雨梯度淋溶处理下的马尾松植被样本，只有pH3．5在250nm-750nm处出现特异反应，其他区域5条曲线都呈现差异性相同趋势变化的梯度特征。我们可以认为，在强酸（pH3．5）的处理下，马尾松叶面光谱特征在近蓝区出现变异表象，在中酸到中心溶液处理下的马尾松样本都呈现良好的光谱曲线梯度； 2、对黄水和铁山坪的野外实验中可以看到，两地不同酸雨（黄水为pH5．0、铁山坪为pH4．5）胁迫条件下，马尾松叶面的光谱数据呈现差异性。虽然在不同光谱区域有着不同的显著性差异，但是我们可以定性的断定，酸雨胁迫强度与光谱值成反相关趋势。强酸胁迫下的马尾松样本其光谱值越低，反之则高。 3、我们把室内光谱曲线pH4．5和pH5．0两种处理数据抽出与野外数据比较可以看出，两组数据具有高度的相关性。我们可以认为，在相关酸雨梯度处理下的样本光谱值可以对应相关野外光谱数据值，从而我们也可以推断，经过室内处理的标准样本光谱体系可以作为野外监测实验的数据模型，我们对酸雨监测的遥感渠道则可以建立在我们对不同样本的光谱模型上进行，同时配以地面监测点的数据矫正系数，我们将会找到一个对酸雨监测的新方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 文献综述

1.1酸雨的定义

1.2酸雨形成、发生及对植被的影响

1.3高光谱遥感的基本概念及对植被研究的进展

第2章 绪论

2.1研究地区(重庆)状况

第3章研究方案

3.1研究目的及意义

3.2研究方案设计

3.3野外实验

3.4室内酸雨实验

第4章数据分析

4.1主要分析方法

4.2酸雨梯度对马尾松光谱曲线的影响数据分析

4.3野外、室内两个实验的对比分析

第5章 总结

5.1主要结论

5.2我们实验方案的不足

5.3展望

参考文献

附件资料

致谢

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