煤滞尘对叶片反射光谱与植被指数的影响与定量分析

摘要

我国煤炭资源多集中在干旱少雨的北方地区,露天开采和运输等过程极易引起煤粉尘扩散和污染。粉尘扩散后其中一部分在重力作用下沉降覆盖到周边的植被上,导致植被降尘现象普遍。在利用遥感手段进行植被监测时,降尘效应会影响植被光谱的纯净性,使遥感器所获取的信号为植被与降尘的混合光谱信号,从而严重影响植被定量遥感精度。为定量研究植被遥感中煤尘的滞尘效应,开展了叶面滞尘光谱测量实验,探究了光谱和植被指数的变化规律;在此基础上,利用含有红边波段的Sentinel-2A遥感影像,在内蒙古霍林河露天矿区分别选择煤尘影响区与对照区两个区域进行植被指数对比,用来验证地面光谱测量实验结果。结果表明,随着滞尘量(0~36 g·m^(-2))的增加,叶面煤尘会使叶片的反射率整体逐渐降低,叶片光谱波峰处(560,720,860,1 680和2 220 nm)的反射率变化幅度明显高于波谷处(445,681和1 940 nm);随着滞尘量的增加,归一化差异植被指数(NDVI)、简单比值指数(SR_(705))和归一化差异指数(ND_(705))明显下降,而中分辨率成像光谱仪陆地叶绿素指数(MTCI)、改进型简单比值指数mSR_(705)(modified simple ratio)和改进型归一化差异指数(mND_(705))基本保持不变,表现出抗煤尘特性,445 nm处反射率和681 nm处反射率对指数起到了重要作用。利用霍林河露天煤矿区的Sentinel-2A遥感影像计算上述指数,将煤尘影响区与对照区比较,MTCI、 mSR_(705)和mND_(705)等指数表现了抗煤尘特性,验证了地面实验的结果。该研究为煤尘污染区域的植被遥感奠定了一定基础,对保证植被遥感反演精度具有积极意义。