太阳辐射与观测角度对冬小麦冠层反射光谱的影响

摘要

遥感应用是依据地物反射光谱特性来探究从遥感数据中获取资源信息的方法，植被作为地球的最表层资源，因此植被光谱成为最早的遥感基础研究对象之一。为掌握不同地物或环境野外自然条件下各种地物光谱辐射特性，需综合考虑各影响因素的复杂过程。其中植被冠层二向反射特性最为明显，虽考虑它会增加问题难度和复杂性，但冠层二向反射特性是植被高光谱遥感研究从定性走向定量的必然的过程。植被冠层反射光谱研究是植被高光谱遥感应用的基础，掌握植被冠层反射光谱二向性反射特征，对提高遥感应用精度有重要意义。
　　本文围绕冬小麦冠层反射光谱二向特性分析和作物生长状况的关系进行对比分析，总结了植被冠层反射率随观测天顶角和观测方位角度及生育期的变化规律;展开了有关生物物理参数与植被指数的关系研究，并找出多种植被指数与多种生物物理数据之间的关系，并给出反演的方法。
　　研究结果表明:
　　1、冠层反射光谱对天气有响应，随着太阳辐射增加冠层反射光谱增高，晴天变化更明显;观测角度的改变导致冠层反射光谱的差异，可用“热点效应”加“镜面反射”解释;与上述条件相适应，NDVI与EVI也表现出与冠层反射光谱相似变化;受红光和近红外波段的变化影响，NDVI与EVI之间的变化趋势较一致，2者相关系数R2＞0.72，且P＜0.01，呈极显著相关。
　　2、叶片的反射率随着Cab的增大而减小，其在近红外区域影响趋近去零，没有明显的区分变化;干物质含量Cm、叶片等效厚度Cw、叶面积指数LAI、观测天顶角tto、相对方位角psi对可见光区域的影响均不显著;叶面积指数LAI、观测天顶角tto和干物质含量Cm在近红外区域影响尤为显著;叶面积指数LAI和观测天顶角tto在近红外波段，随着值得增加而增加，而且幅度也更加明显，Cm与它们的规律正好相反，随着值得增加而降低。高光谱遥感数据与PROSAIL模型的结合对于生理参数的反演有一定可行性。
　　3、生育期的不同引起反射光谱变化的变幅最为显著。生育进程的变化是小麦生长状况改变的外在体现，而生长状况的明显改变使得反射光谱有了很大的变化，相比较天气条件、观测角度带来的差异性来说，生长状况的改变使得反射光谱在波谱形状和数值大小等多方面呈现根本的变化;尽管影响小麦生长的因素很多，但它们都可以综合地体现在反应小麦长势的光谱特征和植被指数上，因此可以利用小麦的光谱和植被指数来监测测小麦的生长状况并进行生物量估算。
　　4、本文开发和设计的地面自动遥感平台可实现实时在线操作和监控，观测持续时间长，能够全天候野外自动测量和记录冠层的多角度反射光谱数据。经检验，基于PROSAIL模型模拟生成的光谱的波动形式和实测小麦冠层反射光谱大致相同，说明本文获取的光谱数据有效可用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 植被高光谱遥感的研宄进展

1．2．2 植被指数的研究进展

1．2．3 辐射传输模型的研究进展

1．3 研究目标和内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 田间试验及数据处理

2．1 研究区域及试验基地

2．1．1 研究区域

2．1．2 试验基地

2．2 试验设计

2．2．1 仪器介绍

2．2．2 多角度光谱观测小麦实验设计及测定项目

2．2．3 田间试验观测设计及测定项目

2．3 试验观测数据处理

2．3．1 计算光谱反射率

2．3．2 计算植被指数

2．3．3 生理参数数据处理

2．4 PROSAIL模型介绍

2．4．1 PROSPECT模型介绍

2．4．2 SAIL模型介绍

2．4．3 PROSAIL模型模块组成

第三章 太阳辐射强度与观测角度对冬小麦冠层反射高光谱的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 田间试验观测

3．1．2 光谱设备选择

3．1．3 多角度冠层光谱数据的获取

3．2 结果与分析

3．2．1 PROSAIL模型模拟小麦冠层反射率与本文方法的比较

3．2．2 晴天与阴天的冠层反射光谱对比分析

3．2．3 多角度反射光谱的对比分析

3．2．4 多角度植被指数NDVI和EVI的对比分析

3．2．5 NDVI与EVI相关性分析

3．2．6 多角度光化学植被指数PRI的对比分析

3．3 本章小结

第四章 基于PROSAIL模型参数的敏感性分析及反演

4．1 基于PROSAIL模型参数敏感性分析

4．2 基于PROSAIL模型叶面积指数LAI的反演

4．2．1 遥感反演叶面积指数LAI

4．2．2 叶面积指数LAI结果验证

4．3 本章小结

第五章 冬小麦生理参数与植被指数关系的比较与研究

5．1 冬小麦生理参数

5．1．1 冬小麦生育期观测的标准

5．2 结果与分析

5．2．1 生育期内冬小麦冠层反射光谱的对比分析

5．2．2 生育期内冬小麦生理参数与植被指数的相关分析

5．2．3 冬小麦生理参数反演模型及精度检验

5．2．4 基于高光谱遥感植被色素含量的反演

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．1．1 太阳辐射强度与观测角度对冬小麦冠层反射高光谱的影响

6．1．2 基于PROSAIL模型参数的敏感性分析及反演

6．1．3 小麦生理参数与植被指数关系的比较与研究

6．2 研究特色与创新

6．3 问题与展望

参考文献

作者简介

后记