生态水信息指标参数植被含水量遥感反演模型研究——以岷江上游毛尔盖地区为例

摘要

生态水不但能截留一部分降水,而且在小范围区域内具有保持生态平衡的作用。国内外对水资源的研究较多,但与生态水(层)具有本质的区别。生态水(层)信息指标参数之一植被含水量在生态水(层)研究中具有很重要的意义。许多研究者利用TM、ETM图像,SPOT图像、MODIS图像以及侧视雷达图像等,根据植被对微波、近红外谱段的特殊敏感性(水分子震荡效应)等特征进行数字图像处理和含水量信息提取,取得一定效果；采用实测光谱数据对植被含水量、土壤含水量的研究也取得了一些成效。然而大多数的研究以精准农业,特定农作物为主,研究对象较单一,研究范围也较局限,对于区域性的、地形复杂、植被种类多样区域(如我国西北地区的川西高原、青藏高原区森林)植被的含水量遥感定量研究几乎为零。通过提取植被含水量定量分析生态水(层)的研究也很少。
　　 本文以岷江上游毛尔盖地区为研究区,在该课题组前期的研究基础上进行生态水(层)信息指标参数之一植被含水量的研究。本文的研究内容、方法和取得的成果主要有:
　　 (1)设计野外测量实验方案,采集研究区的野外实测植被光谱数据和植被样本。植被光谱实测数据经过预处理,采用光谱平均值作为最终的实测光谱数据；植被样本通过传统方式提取植被的相对含水量FMC。
　　 (2)采用统计法,基于水分指数法反演植被含水量。建立植被含水量的数学转换模型；分析不同水分指数模型与植被含水量的相关系数；选择相关系数大而且与遥感影像数据光谱分辨率匹配的水分指数进行模型的优化,对优化模型进行验证和分析。研究表明,在考虑模型拟合度和遥感影像数据光谱分辨率的基础上,选择指数SR(简单比值指数)与FMC(植被相对含水量)的回归模型,比较对数回归函数,线性回归函数和二次回归函数的回归结果,线性回归法既简单又精确,且符合实际情况,所以最终选择回归模型:y=-46.4326x+84.0291,相关系数达到0.8102,其相对误差系数较小。
　　 (3)遥感影像数据为1999,2007两期的TM/ETM+数据,提取研究区的遥感信息,提取不同植被类型,建立遥感信息数据库。采用选定的数学转换模型进行植被含水量的遥感反演,从反演结果与植被类型的叠合图中可知,两年的反演结果与植被类型均高度吻合,说明采用水分指数SR反演FMC具有较好的效果,而且反演结果精度较高。
　　 (4)根据研究区的遥感信息数据库等其他资料对反演结果进行综合评价和变化分析。2007年植被含水量总体比1999年植被含水量高,引起9年间植被含水量的变化主要是由于常绿林和天然草地的变化。