基于高光谱测量的不同绿地群落类型绿化三维量反演

摘要

“绿化三维量”在城市绿地及其指标研究中被作为一种全新的思路和理论被提出，并在城市规划和城市绿化的实践中被证明是一种衡量城市绿地生态功能和城市绿化需求总量的科学方法和手段。叶面积指数(leafareaindex，LAI)作为评判绿化三维量的重要依据，得到国内外越来越多研究者的重视，成为评估三维绿量最重要的指标。光谱技术在城市绿地研究中有着高效快捷、科学准确、结果显示直观形象的特点，在绿地测量和反演中日益显出优势，已经成为城市绿地研究中十分重要的途径和手段。 本文从研究样地植物群落叶面积指数(LAI)和群落光谱的角度入手，通过建立植物群落叶面积指数与光谱指数之间的相关关系方程，实现运用光谱测量技术对群落叶面积指数的反演，进而确定城市绿地不同群落类型的三维绿量。试验以群落类型丰富的武汉市东湖风景区为研究区域，分别设置草地，疏林草地，复层林三种不同群落类型的样地3处(共9块39个样点)进行三维绿量研究，并在武汉市洪山区狮子山设置6块检测样地进行结果检验与校正。首先采用Hemiview冠层分析系统精确测量各样点LAI，然后利用光谱分析仪测得群落的光谱指数，利用光谱指数反演LAI，与前者进行对照。结果表明，光谱指数能够很好的反演LAI。主要研究结果如下： (1)比较准确的测出草地叶面积指数(LAI)的波动范围：0.66－0.68。提出了研究区域内疏林草地，复层林两种群落类型叶面积指数(LAI)与光谱指数之间的反演模型。疏林草地：Y=1.84+0.47X和y=2.29e0.11x复层林：Y=9.37X-1.34(x>0.14)和Y=4.75e0.65x在95％的置信度下，四个方程相关系数分别为0.81，0.81:0.82和0.78。参照国内外相关测算经验，精度超过80％即可应用，故上述方程和研究方法具有较好的普适性和推广应用价值。 (2)叶绿素含量和植被的光合能力、发育阶段以及氮素状况有较好的相关性，它们通常是氮素胁迫、光合作用能力和植被发育阶段的指示器。为了对群落类型的生长环境分析和长势监测，利用光谱反演C4植物玉米叶绿素含量的测算模型：y=a×OSAVI-b/TCARI-c×OSAVI-d+e对城市绿地植物的叶绿素含量进行了反演；在95％的置信水平下，测算精度达到了86.4％，表明该模型能够很好的应用于城市绿地植物的叶绿素含量测算。 (3)对草地，疏林草地，复层林三种群落类型的叶面积指数进行了差异性分析，三种类型的叶面积指数分别为0.66，3.17和18.9。三者之间差异明显。 (4)对叶面积指数LAI和叶绿素含量Cab的反演表明，光谱反射率700nm左右的红边位置要优于550-600nm左右的绿色反射峰位置。 (5)对叶绿素含量Cab的反演表明，光谱反演叶绿素含量可以忽略叶片结构N对叶绿素含量的影响，因为得到的结果本身包括了叶绿素A，叶绿素B，叶黄素和胡萝卜素的反射光谱。 (6)不常用的光谱指数GM和Vog指数可以很好的反演LAI，而常见的归一化植被指数NDVI的相关性不理想，表明NDVI对地物光谱的敏感性不如遥感光谱。 (7)群落郁闭度与叶面积指数的数据分析表明：复层林和密林的叶面积指数与其郁闭度呈正相关，郁闭度越高的群落，其叶面积指数越高，最接近指数关系。复层林的郁闭度主要集中在0.85－0.95之间。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究的目的和意义

1.2光谱测量反演的原理和方法

1.2.1光谱分析

1.2.2植被冠层水平上的光谱反应

1.2.3叶片结构与物理化学反应

1.3研究进展

1.3.1绿化三维量的产生及其背景

1.3.2叶面积指数(LAI)的定义及意义

1.3.3光谱分析反演植物的叶绿素含量

2研究地点与研究方法

2.1研究地点

2.2研究方法

2.2.1试验设计

2.2.2技术路线

2.2.3试验的理论基础

2.3数据测量

2.3.1光谱测量

2.3.2叶面积指数(LAI)的测量

2.3.3叶绿素含量的测定

3结果与分析

3.1数据分析的方法

3.1.1分析三种群落类型LAI差异的方法

3.1.2分析冠层分析仪与光谱指数反演两种LAI测量方法间差异的方法

3.2光谱反射率分析

3.2.1土壤对光谱测量影响的分析

3.2.2叶片结构对光谱测量影响的分析

3.3叶绿素含量的测定分析

3.3.1光谱反射率对叶绿素含量的相关性分析

3.3.2光谱指数对叶绿素含量的相关性分析

3.3.3 Haboudane方程对叶绿素含量的相关性分析

3.3.4 Haboudane方程对叶绿素含量的显著性分析

3.4叶面积指数(LAI)测量结果的分析

3.4.1郁闭度与叶面积指数之间的关系分析

3.4.2光谱反射率与叶面积指数(LAI)的相关性分析

3.4.3光谱指数与叶面积指数(LAI)的相关性分析

3.4.4相关方程的建立

3.5三种不同绿地群落类型LAI的差异性分析

4结论与讨论

4.1结论

4.1.1主要研究结论

4.1.2研究存在的不足

4.2讨论

4.2.1展望

4.2.2对武汉市绿地规划建设的建议

参考文献

致 谢