1、 遙感地學(xué)分析遙感地學(xué)分析第一章第一章 植被遙感植被遙感一、植被遙感原理一、植被遙感原理二、植被分類(lèi)二、植被分類(lèi)三、植被生態(tài)參數(shù)的估算三、植被生態(tài)參數(shù)的估算四、與光合作用有關(guān)的物理量的估算四、與光合作用有關(guān)的物理量的估算五、中國(guó)及中亞地區(qū)荒漠化遙感監(jiān)測(cè)五、中國(guó)及中亞地區(qū)荒漠化遙感監(jiān)測(cè)研究研究主要內(nèi)容植被n植被植被是是生長(zhǎng)于地球表層的各種植物類(lèi)型的總稱(chēng)生長(zhǎng)于地球表層的各種植物類(lèi)型的總稱(chēng)，在地球系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它是地球表在地球系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它是地球表層內(nèi)重要的再生資源。層內(nèi)重要的再生資源。n植被是全球變化中最活躍、最有價(jià)值的影響要植被是全球變化中最活躍、最有價(jià)值的影響要素和指示因

2、子（找水、礦）。素和指示因子（找水、礦）。n植被影響地氣系統(tǒng)的能量平衡植被影響地氣系統(tǒng)的能量平衡,在氣候、水文和在氣候、水文和生化循環(huán)中起著重要作用生化循環(huán)中起著重要作用,是氣候和人文因素對(duì)是氣候和人文因素對(duì)環(huán)境影響的敏感指標(biāo)。環(huán)境影響的敏感指標(biāo)。植被n因此因此,地球植被及其變化一直被各國(guó)科地球植被及其變化一直被各國(guó)科學(xué)家和政府所關(guān)注。學(xué)家和政府所關(guān)注。n衛(wèi)星遙感是監(jiān)測(cè)全球植被的有效手段衛(wèi)星遙感是監(jiān)測(cè)全球植被的有效手段,為人類(lèi)提供了監(jiān)測(cè)、量化和研究人類(lèi)有為人類(lèi)提供了監(jiān)測(cè)、量化和研究人類(lèi)有序活動(dòng)和氣候變化對(duì)區(qū)域或全球植被變序活動(dòng)和氣候變化對(duì)區(qū)域或全球植被變化影響的可能。化影響的可能。植被遙感研究

3、的主要內(nèi)容：n（1）通過(guò)遙感影像從土壤背景中區(qū)分出植被）通過(guò)遙感影像從土壤背景中區(qū)分出植被覆蓋區(qū)域，并對(duì)植被類(lèi)型進(jìn)行劃分，區(qū)分是覆蓋區(qū)域，并對(duì)植被類(lèi)型進(jìn)行劃分，區(qū)分是森林還是草場(chǎng)或者農(nóng)田，進(jìn)而可以問(wèn)是什么森林還是草場(chǎng)或者農(nóng)田，進(jìn)而可以問(wèn)是什么類(lèi)型的森林，什么類(lèi)型的草場(chǎng)，什么樣的農(nóng)類(lèi)型的森林，什么類(lèi)型的草場(chǎng)，什么樣的農(nóng)作物，如此等等。作物，如此等等。n（2）能否從遙感數(shù)據(jù)中反演出植被的各種重）能否從遙感數(shù)據(jù)中反演出植被的各種重要參數(shù)，例如葉面積指數(shù)（要參數(shù)，例如葉面積指數(shù)（LAI）、葉子寬度、）、葉子寬度、平均葉傾角、植被層平均高度、樹(shù)冠形狀等平均葉傾角、植被層平均高度、樹(shù)冠形狀等等，這一類(lèi)問(wèn)題

4、屬于更深層次的遙感數(shù)據(jù)定等，這一類(lèi)問(wèn)題屬于更深層次的遙感數(shù)據(jù)定量分析方法與反演技術(shù)。量分析方法與反演技術(shù)。植被遙感研究的主要內(nèi)容：n（3）能否準(zhǔn)確的估算出與植被光合作用有關(guān)）能否準(zhǔn)確的估算出與植被光合作用有關(guān)的若干物理量，例如植被表面水分蒸騰量、的若干物理量，例如植被表面水分蒸騰量、光合作用強(qiáng)度（干物資生產(chǎn)率）、葉表面溫光合作用強(qiáng)度（干物資生產(chǎn)率）、葉表面溫度等。度等。關(guān)于植被資源的清查與分類(lèi)方面以已取得了較關(guān)于植被資源的清查與分類(lèi)方面以已取得了較為突出的成績(jī)，后兩個(gè)問(wèn)題正是植被遙感所為突出的成績(jī)，后兩個(gè)問(wèn)題正是植被遙感所要研究的問(wèn)題，雖已取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但要研究的問(wèn)題，雖已取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展

5、，但到成熟仍需時(shí)日。到成熟仍需時(shí)日。一、植被遙感原理一、植被遙感原理v植被遙感不僅依賴(lài)于對(duì)植被遙感不僅依賴(lài)于對(duì)單張植物葉片單張植物葉片的光的光譜特性，還需進(jìn)一步認(rèn)識(shí)譜特性，還需進(jìn)一步認(rèn)識(shí)植被冠層植被冠層的光譜的光譜特性。特性。v1 1、植物葉片結(jié)構(gòu)、植物葉片結(jié)構(gòu)葉片是綠色植物的主要受光面積，也是遙感傳葉片是綠色植物的主要受光面積，也是遙感傳感器所接收到的植被信號(hào)的主要貢獻(xiàn)者。分為感器所接收到的植被信號(hào)的主要貢獻(xiàn)者。分為異面葉異面葉和和等面葉等面葉兩種。兩種。異面葉異面葉的葉肉組織有較大分化，形成的葉肉組織有較大分化，形成柵欄組織柵欄組織和和海綿組織海綿組織，故葉片上下面的受光情況不同，故葉片上

6、下面的受光情況不同，上呈深綠色，下呈淡綠色。上呈深綠色，下呈淡綠色。等面葉等面葉的組織分化不明顯。的組織分化不明顯。（一）單張葉片光譜（一）單張葉片光譜特性及影響因素特性及影響因素v1 1、植物葉片結(jié)構(gòu)、植物葉片結(jié)構(gòu)葉片一般具有三部分：葉片一般具有三部分：表皮表皮、葉肉葉肉和和葉脈葉脈表皮表皮：包圍整個(gè)葉片，由一層或多層組成。表：包圍整個(gè)葉片，由一層或多層組成。表皮細(xì)胞扁平，排列緊密，通常皮細(xì)胞扁平，排列緊密，通常不含葉綠體不含葉綠體，外，外表常有一層表常有一層角質(zhì)層角質(zhì)層。（一）單張葉片光譜（一）單張葉片光譜特性及影響因素特性及影響因素v1 1、植物葉片結(jié)構(gòu)、植物葉片結(jié)構(gòu)葉肉葉肉：為表皮內(nèi)的

7、同化薄壁組織，有兩種：為表皮內(nèi)的同化薄壁組織，有兩種：（1 1）柵欄組織柵欄組織：緊靠上表皮下方，呈圓柱狀，：緊靠上表皮下方，呈圓柱狀，垂直于表皮細(xì)胞，并緊密排列呈柵狀，垂直于表皮細(xì)胞，并緊密排列呈柵狀，內(nèi)含較內(nèi)含較多葉綠體多葉綠體。在兩面葉或針形葉，柵欄組織亦分。在兩面葉或針形葉，柵欄組織亦分布于下表皮上方或整個(gè)表皮內(nèi)側(cè)四周，但亦有布于下表皮上方或整個(gè)表皮內(nèi)側(cè)四周，但亦有一些水生及陰生植物的葉是完全沒(méi)有柵欄組織一些水生及陰生植物的葉是完全沒(méi)有柵欄組織的。的。（2 2）海綿組織海綿組織：細(xì)胞形狀多不規(guī)則，：細(xì)胞形狀多不規(guī)則，內(nèi)含較少內(nèi)含較少葉綠體葉綠體，位于，位于柵欄組織下方柵欄組織下方，層次

8、不清，層次不清，排列排列疏松疏松，狀如海綿。，狀如海綿。（一）單張葉片光譜（一）單張葉片光譜特性及影響因素特性及影響因素v1 1、植物葉片結(jié)構(gòu)、植物葉片結(jié)構(gòu)葉脈葉脈：為貫穿于葉肉間的維管束。主脈部分維：為貫穿于葉肉間的維管束。主脈部分維管束較粗大，側(cè)脈及小脈部分維管束較細(xì)小。管束較粗大，側(cè)脈及小脈部分維管束較細(xì)小。葉脈具有輸導(dǎo)和支持的作用，是鹽分和水分的葉脈具有輸導(dǎo)和支持的作用，是鹽分和水分的運(yùn)輸管道，也是光合作用產(chǎn)物的運(yùn)輸通道。運(yùn)輸管道，也是光合作用產(chǎn)物的運(yùn)輸通道。（一）單張葉片光譜（一）單張葉片光譜特性及影響因素特性及影響因素v2 2、單張葉片的反射、吸收和透射特性單張葉片的反射、吸收和透

9、射特性（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素入射輻射入射輻射外部反射外部反射內(nèi)部反射內(nèi)部反射透射輻射透射輻射反射輻射反射輻射散散射射輻輻射射入射輻射入射輻射-散射輻射散射輻射=吸收輻射，用于增加植物體溫和光合作用吸收輻射，用于增加植物體溫和光合作用v2 2、單張葉片的反射、吸收和透射特性單張葉片的反射、吸收和透射特性（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素1）綠色葉片反射和透射光譜非常相似；）綠色葉片反射和透射光譜非常相似；2）葉片對(duì)紫外線(xiàn)吸收很大，達(dá)）葉片對(duì)紫外線(xiàn)吸收很大，達(dá)90%-99%；3）葉片對(duì)可見(jiàn)光以吸收為主（約）葉片對(duì)可見(jiàn)光以吸收為

10、主（約90%），且藍(lán)），且藍(lán)-紫光紫光（0.38-0.47um）和橙）和橙-紅光（紅光（0.62-0.68um）的光合有的光合有效輻射吸收最大，約效輻射吸收最大，約90%，綠光吸收最少，吸收率為，綠光吸收最少，吸收率為50%-90%。4）從）從0.69um始，葉片對(duì)近紅外始，葉片對(duì)近紅外輻射的吸收迅速減小，在輻射的吸收迅速減小，在0.76和和1.2um間有最小吸收率，間有最小吸收率，5-25%，故反射和透射最大。故反射和透射最大。v2 2、單張葉片的反射、吸收和透射特性單張葉片的反射、吸收和透射特性（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素5）超過(guò)）超過(guò)1.2um，又以吸

11、收為主，且在，又以吸收為主，且在1.4、1.9和和2.7um出現(xiàn)液態(tài)水吸收帶，吸收作用增強(qiáng)，達(dá)到出現(xiàn)液態(tài)水吸收帶，吸收作用增強(qiáng)，達(dá)到70-95%。6）1.3um的短波紅外，入射能基本均被吸的短波紅外，入射能基本均被吸收或反射，透射極少。收或反射，透射極少。植物葉片的反射、透射和吸植物葉片的反射、透射和吸收特性隨種類(lèi)、生長(zhǎng)期、病收特性隨種類(lèi)、生長(zhǎng)期、病害及入射波長(zhǎng)不同而變化，害及入射波長(zhǎng)不同而變化，故可依據(jù)此識(shí)別植被、診斷故可依據(jù)此識(shí)別植被、診斷病害及估產(chǎn)。病害及估產(chǎn)。v3 3、葉片反射波譜的影響因素葉片反射波譜的影響因素v1 1）葉片生化組分）葉片生化組分v葉片生化組分包括葉片生化組分包括水水

12、、葉綠葉綠素素、胡蘿卜素胡蘿卜素、纖維素纖維素和和蛋蛋白質(zhì)白質(zhì)等，它們決定了葉片的等，它們決定了葉片的吸收特性。吸收特性。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素v植物的光譜特性受植物的光譜特性受葉子總含水量葉子總含水量的的控制控制，反射率與，反射率與總含水量呈相關(guān)關(guān)系?？偤砍氏嚓P(guān)關(guān)系。不同水分含量玉米葉子反射曲線(xiàn)不同水分含量玉米葉子反射曲線(xiàn)v3 3、葉片反射波譜的影響因素葉片反射波譜的影響因素v1 1）葉片生化組分）葉片生化組分v在可見(jiàn)光譜段內(nèi)，植物光譜特性主要受在可見(jiàn)光譜段內(nèi)，植物光譜特性主要受葉內(nèi)各葉內(nèi)各種色素種色素（葉綠素和胡蘿卜素等）的支配，其中（葉綠素和

13、胡蘿卜素等）的支配，其中葉綠素葉綠素起最主要的作用。起最主要的作用。v因色素強(qiáng)烈吸收，葉片的反射和透射都很低。因色素強(qiáng)烈吸收，葉片的反射和透射都很低。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素v3 3、葉片反射波譜的影響因素葉片反射波譜的影響因素v1 1）葉片生化組分）葉片生化組分v葉綠素葉綠素a、b，導(dǎo)致，導(dǎo)致0.45m與與0.67m為中心為中心形成兩個(gè)強(qiáng)烈的吸收帶；形成兩個(gè)強(qiáng)烈的吸收帶； v胡蘿卜素、葉黃素導(dǎo)致胡蘿卜素、葉黃素導(dǎo)致0.43m-0.48m范圍范圍內(nèi)形成強(qiáng)烈的吸收帶。內(nèi)形成強(qiáng)烈的吸收帶。v兩吸收谷間（兩吸收谷間（0.54m附近）吸收相對(duì)較少，附近）吸收相對(duì)

14、較少，形成綠色反射峰（形成綠色反射峰（10%-20%）。）。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素組分吸收組分吸收不同色素影響反射率n植物葉子中含有多種色素，如植物葉子中含有多種色素，如葉青素葉青素、葉紅素葉紅素、葉黃素葉黃素、葉綠素葉綠素等，在可見(jiàn)光等，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，其反射峰值落在相應(yīng)波長(zhǎng)范圍范圍內(nèi)，其反射峰值落在相應(yīng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。內(nèi)。 不同顏色葉子的反射光譜 不同橡樹(shù)葉子的反射特性不同橡樹(shù)葉子的反射特性12a34a.b.c.05101520253035Blue (0.45 - 0.52 m mm)Percent ReflectanceGreen leafYello

15、wRed/orange Brown 42134540Green (0.52 - 0.60 m mm)Red (0.63 - 0.69 m mm)Near-Infrared (0.70 - 0.92 m mm)d.隨著植物生長(zhǎng)，隨著植物生長(zhǎng)，葉綠素減少、葉綠素減少、其它色素增加、其它色素增加、紅光附近反射率紅光附近反射率上升上升不同色素影響反射率不同生長(zhǎng)狀不同生長(zhǎng)狀態(tài)橡樹(shù)葉子態(tài)橡樹(shù)葉子反射特性反射特性v3 3、葉片反射波譜的影響因素葉片反射波譜的影響因素v1 1）葉片生化組分）葉片生化組分v蛋白質(zhì)、纖維素蛋白質(zhì)、纖維素+木質(zhì)素木質(zhì)素的吸收在的吸收在波長(zhǎng)大于波長(zhǎng)大于1.9um后有增加趨勢(shì)，即該類(lèi)化

16、學(xué)成分在可見(jiàn)后有增加趨勢(shì)，即該類(lèi)化學(xué)成分在可見(jiàn)光光-近紅外區(qū)對(duì)植物反射率影響很小，但在短近紅外區(qū)對(duì)植物反射率影響很小，但在短波紅外影響增大。波紅外影響增大。v因此，可利用短波紅外光譜判斷植物是否缺因此，可利用短波紅外光譜判斷植物是否缺肥并可進(jìn)行氮含量的定量估算。肥并可進(jìn)行氮含量的定量估算。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素短波紅外吸收特征短波紅外吸收特征v3 3、葉片反射波譜影響因素葉片反射波譜影響因素v2 2）葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)：）葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)：在在0.7m - 1.3m近紅外譜段，植物光譜特性主近紅外譜段，植物光譜特性主要取決于要取決于葉片內(nèi)部的細(xì)胞結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)部的細(xì)

17、胞結(jié)構(gòu)，葉片反射與透，葉片反射與透射能各占射能各占4550%左右，吸收則很少。左右，吸收則很少。因?yàn)?，透入葉子內(nèi)部的光線(xiàn)，因細(xì)胞壁與細(xì)胞因?yàn)?，透入葉子內(nèi)部的光線(xiàn)，因細(xì)胞壁與細(xì)胞孔腔的折射率有明顯差異，造成光線(xiàn)在葉子內(nèi)孔腔的折射率有明顯差異，造成光線(xiàn)在葉子內(nèi)部的多次反射與折射。部的多次反射與折射。由于植物類(lèi)別間的葉片結(jié)構(gòu)差異很大，故不同由于植物類(lèi)別間的葉片結(jié)構(gòu)差異很大，故不同植物在近紅外區(qū)的反射差異比在可見(jiàn)光區(qū)大的植物在近紅外區(qū)的反射差異比在可見(jiàn)光區(qū)大的多，用近紅外譜段進(jìn)行植物類(lèi)型區(qū)分。多，用近紅外譜段進(jìn)行植物類(lèi)型區(qū)分。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素不同類(lèi)型植物

18、光譜曲線(xiàn)的差異植被（植被（近紅外波段近紅外波段的變化）的變化）雙子葉與單子葉植物雙子葉與單子葉植物( (典型雙子葉植物典型雙子葉植物 ) )蘋(píng)果、棉花、向日葵蘋(píng)果、棉花、向日葵結(jié)構(gòu)疏松，孔隙多，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙多，多次反射增加多次反射增加( (典型單子葉植物典型單子葉植物 ) )小麥、水稻、竹子小麥、水稻、竹子結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊雙子葉植物反射率高于單子葉植物反射率雙子葉植物反射率高于單子葉植物反射率落葉樹(shù)（闊葉）落葉樹(shù)（闊葉）葉片結(jié)構(gòu)比較稀葉片結(jié)構(gòu)比較稀疏；疏；針葉樹(shù)（針葉）針葉樹(shù)（針葉）葉片結(jié)構(gòu)比較緊葉片結(jié)構(gòu)比較緊湊；湊；闊葉林與針葉林闊葉林與針葉林不同成熟期的葉片不同成熟期的葉片由于年輕，不成

19、熟由于年輕，不成熟稀疏結(jié)構(gòu)葉片相較稀疏結(jié)構(gòu)葉片相較于年長(zhǎng)樹(shù)葉葉綠素于年長(zhǎng)樹(shù)葉葉綠素含量較低、空隙率含量較低、空隙率較少，它們反映了較少，它們反映了更多的可見(jiàn)光輻射更多的可見(jiàn)光輻射和較少的紅外輻射和較少的紅外輻射榕樹(shù)病害的反射光譜曲線(xiàn)對(duì)比v3 3、葉片反射波譜影響因素葉片反射波譜影響因素v3 3）葉片表面特征）葉片表面特征v葉片表面發(fā)絲狀物和蠟狀物葉片表面發(fā)絲狀物和蠟狀物也是影響葉片反也是影響葉片反射率的重要因素。射率的重要因素。v因不同植物種間表面發(fā)絲狀物的差異較大，因不同植物種間表面發(fā)絲狀物的差異較大，故無(wú)法用統(tǒng)一的模式描述其對(duì)發(fā)射率的影響。故無(wú)法用統(tǒng)一的模式描述其對(duì)發(fā)射率的影響。v葉片表面

20、蠟狀物改變?nèi)~面粗糙度，影響反射葉片表面蠟狀物改變?nèi)~面粗糙度，影響反射率。率。v葉片蠟狀物對(duì)紫外和藍(lán)光的反射增強(qiáng)，因其葉片蠟狀物對(duì)紫外和藍(lán)光的反射增強(qiáng)，因其直徑為直徑為125nm，使該波段產(chǎn)生瑞利散射。，使該波段產(chǎn)生瑞利散射。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素v總體來(lái)看，健康綠色植被葉片的光譜特性表總體來(lái)看，健康綠色植被葉片的光譜特性表現(xiàn)為相似的峰現(xiàn)為相似的峰- -谷相間的譜帶特征。谷相間的譜帶特征。 但不同植被因其葉子的色素含量、細(xì)胞但不同植被因其葉子的色素含量、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、含水量、葉表面特征等均有不同，其結(jié)構(gòu)、含水量、葉表面特征等均有不同，其光譜響應(yīng)曲線(xiàn)存在著差異

21、，這種變化和差異光譜響應(yīng)曲線(xiàn)存在著差異，這種變化和差異正是可以用來(lái)鑒別和監(jiān)測(cè)植物的依據(jù)。正是可以用來(lái)鑒別和監(jiān)測(cè)植物的依據(jù)。（一）單張葉片光譜特性及影響因素（一）單張葉片光譜特性及影響因素 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素1、綠色植被冠層的反射、綠色植被冠層的反射植被冠層由植被冠層由葉、花、莖、果實(shí)葉、花、莖、果實(shí)等共同構(gòu)成。等共同構(gòu)成。冠層光譜不僅受葉片影響，還是莖、花、穗以冠層光譜不僅受葉片影響，還是莖、花、穗以及下墊面工作作用的結(jié)果。及下墊面工作作用的結(jié)果。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素1、綠色植被冠層的反射、綠色植被冠層

22、的反射l傳感器接收到的植被冠層輻射是：傳感器接收到的植被冠層輻射是：1）從植被組分上直接反射的光（冠層一次散）從植被組分上直接反射的光（冠層一次散射）；射）；2）被植被組分和地表多次散射最終逸）被植被組分和地表多次散射最終逸出到達(dá)傳感器的光（多次散射）；出到達(dá)傳感器的光（多次散射）；3）從地面一次反射直接到達(dá)傳感器的）從地面一次反射直接到達(dá)傳感器的光（地表一次散射）光（地表一次散射） （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素自然狀態(tài)下植被冠層是由多重葉層組成，上層自然狀態(tài)下植被冠層是由多重葉層組成，上層葉的陰影擋住了下層葉，整個(gè)冠層的反射是由葉的陰影擋住了下層葉，整個(gè)冠

23、層的反射是由葉的多次反射和陰影的共同作用而成的。葉的多次反射和陰影的共同作用而成的。冠層陰影冠層陰影所占比例受光照角度，葉的形狀、大所占比例受光照角度，葉的形狀、大小、傾角等的影響。小、傾角等的影響。陰影一般會(huì)導(dǎo)致冠層的反射陰影一般會(huì)導(dǎo)致冠層的反射低于低于單葉的實(shí)驗(yàn)室單葉的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定反射值。測(cè)定反射值。但在但在近紅外譜段近紅外譜段冠層的反射率冠層的反射率高于高于單葉片，這單葉片，這是由是由多層葉子的多次透射多層葉子的多次透射反射導(dǎo)致反射導(dǎo)致，且冠層，且冠層反射隨層數(shù)增加而增加，反射隨層數(shù)增加而增加，大致大致8層葉片層葉片的冠層結(jié)的冠層結(jié)構(gòu)其反射率達(dá)到構(gòu)其反射率達(dá)到最大值最大值；v2 2、植被冠

24、層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p植被結(jié)構(gòu)指植物體表面的空間分布結(jié)構(gòu)。植被結(jié)構(gòu)指植物體表面的空間分布結(jié)構(gòu)。p植被結(jié)構(gòu)是隨著植被結(jié)構(gòu)是隨著植被種類(lèi)植被種類(lèi)、生長(zhǎng)階段生長(zhǎng)階段、分布方式分布方式的不同而變化，詳細(xì)描述很復(fù)雜。的不同而變化，詳細(xì)描述很復(fù)雜。p根據(jù)遙感研究需要，采用根據(jù)遙感研究需要，采用簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)特征，分為：的結(jié)構(gòu)特征，分為：水平均勻植被水平均勻植被（連續(xù)植被）和（連續(xù)植被）和離散植被離散植被兩種。兩種。p草地、幼林、生長(zhǎng)茂盛農(nóng)作物等為連續(xù)植被草地、幼林、生長(zhǎng)茂盛農(nóng)作物等為連續(xù)植被p疏林地、果園、灌叢等為離散植被疏林地、果園、灌叢等為離散植被 （二）（二）植被冠層光

25、譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p從植被遙感從植被遙感- -植物與光的相互作用出發(fā)，植植物與光的相互作用出發(fā)，植被結(jié)構(gòu)主要指被結(jié)構(gòu)主要指葉子形狀葉子形狀（用葉傾角分布（用葉傾角分布LADLAD表示），表示），大小大?。ㄈ~面積指數(shù)（葉面積指數(shù)LAILAI表示），表示），植植被冠層形狀被冠層形狀、大小及、大小及幾何與外觀(guān)結(jié)構(gòu)幾何與外觀(guān)結(jié)構(gòu)，同，同時(shí)也包括時(shí)也包括植被的成層現(xiàn)象植被的成層現(xiàn)象（與多次散射有（與多次散射有關(guān)）、關(guān)）、覆蓋度覆蓋度（涉及間隙率、陰影）等。（涉及間隙率、陰影）等。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響

26、因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p各參數(shù)的描述，如：各參數(shù)的描述，如：p冠層高度：冠層高度：土壤表層至冠層最頂部的高度。冠土壤表層至冠層最頂部的高度。冠層接收到的輻射能量往往在冠層頂部最大，隨層接收到的輻射能量往往在冠層頂部最大，隨冠層深度的增加而逐漸減弱，故輻射傳輸是冠冠層深度的增加而逐漸減弱，故輻射傳輸是冠層高度的函數(shù)。層高度的函數(shù)。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p各參數(shù)的描述，如：各參數(shù)的描述，如：p葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)LA

27、ILAI：?jiǎn)挝煌恋孛娣e上的柱體內(nèi)：?jiǎn)挝煌恋孛娣e上的柱體內(nèi)全全部植物葉子面積部植物葉子面積（僅葉片向上半面）之和。（僅葉片向上半面）之和。pLAILAI無(wú)量綱，用每平方米地表面積上的平方米葉面積無(wú)量綱，用每平方米地表面積上的平方米葉面積表示。表示。p單位地表面積上葉面積的多少對(duì)光線(xiàn)透過(guò)、截獲等單位地表面積上葉面積的多少對(duì)光線(xiàn)透過(guò)、截獲等至關(guān)重要。至關(guān)重要。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p各參數(shù)的描述，如：各參數(shù)的描述，如：p葉面積體密度葉面積體密度FAVDFAVD：某一高度上的單位體積內(nèi)：某一高

28、度上的單位體積內(nèi)的葉面積的總和。的葉面積的總和。p其測(cè)量其測(cè)量單位單位為每立方米群從容積中的平方米葉面積，為每立方米群從容積中的平方米葉面積，即即m m-1 -1. .p間隙率：間隙率：在一個(gè)固定的入射角條件下，一束光在一個(gè)固定的入射角條件下，一束光透過(guò)植被冠層而沒(méi)有被攔截的概率。透過(guò)植被冠層而沒(méi)有被攔截的概率。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p各參數(shù)的描述，如：各參數(shù)的描述，如：p植被覆蓋度：植被覆蓋度：植被冠層的垂直投影面積與土壤植被冠層的垂直投影面積與土壤總面積之比，即植土比?？偯娣e之比，

29、即植土比。p葉傾角葉傾角：葉子向上半面某一點(diǎn)上的法線(xiàn)方向與：葉子向上半面某一點(diǎn)上的法線(xiàn)方向與Z Z軸（垂直于水平面指向天空）的交角，稱(chēng)為葉軸（垂直于水平面指向天空）的交角，稱(chēng)為葉子在該點(diǎn)的傾角。子在該點(diǎn)的傾角。p葉方位角葉方位角：法線(xiàn)在水平面上的投影與正北方向：法線(xiàn)在水平面上的投影與正北方向的交角稱(chēng)為葉子在該點(diǎn)的方位角。的交角稱(chēng)為葉子在該點(diǎn)的方位角。 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素v2 2、植被冠層影響因素、植被冠層影響因素- -植被結(jié)構(gòu)植被結(jié)構(gòu)p各參數(shù)的描述，如：各參數(shù)的描述，如：p同一葉子的不同部位，其傾角和方位角可能有很大同一葉子的不同部位，其傾角和方位

30、角可能有很大差異，測(cè)量時(shí)，根據(jù)葉片彎曲程度將葉片分成幾部差異，測(cè)量時(shí)，根據(jù)葉片彎曲程度將葉片分成幾部分，對(duì)每一部分進(jìn)行測(cè)量。分，對(duì)每一部分進(jìn)行測(cè)量。p一個(gè)冠層內(nèi)葉傾角的分布模式可以從一個(gè)冠層內(nèi)葉傾角的分布模式可以從0 0 （水平葉）（水平葉）到到90 90 （垂直葉），一般用間隔為（垂直葉），一般用間隔為10 10作出的葉傾作出的葉傾角分布頻率圖來(lái)表示。角分布頻率圖來(lái)表示。p用分布函數(shù)用分布函數(shù)LADLAD來(lái)描述不同的傾角類(lèi)型，如來(lái)描述不同的傾角類(lèi)型，如均勻型均勻型、球面型球面型、傾斜型傾斜型 （二）（二）植被冠層光譜特性及影響因素植被冠層光譜特性及影響因素不同生長(zhǎng)期苜蓿反射率與生物量、覆蓋度

31、的關(guān)系紅邊-研究熱點(diǎn)n在近年隨著高光譜遙感的興起而發(fā)展起來(lái)的光在近年隨著高光譜遙感的興起而發(fā)展起來(lái)的光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)中，譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)中，植被植被“紅邊紅邊”位移現(xiàn)象位移現(xiàn)象是是研究最多、成效顯著的成果之一。研究最多、成效顯著的成果之一。n“紅邊紅邊”定義為反射光譜的一階微分最大值所定義為反射光譜的一階微分最大值所對(duì)應(yīng)的光譜位置，對(duì)應(yīng)的光譜位置，對(duì)應(yīng)紅光區(qū)外葉綠素吸收減對(duì)應(yīng)紅光區(qū)外葉綠素吸收減少部位到近紅外高反射肩之間少部位到近紅外高反射肩之間，健康植物的光，健康植物的光譜響應(yīng)陡然增加的（量度增加約譜響應(yīng)陡然增加的（量度增加約10倍）的這一倍）的這一窄條區(qū)。通常位于窄條區(qū)。通常位于0.680.

32、75m之之 間。間。n當(dāng)綠色植物葉綠素含量高，生長(zhǎng)旺盛時(shí)，當(dāng)綠色植物葉綠素含量高，生長(zhǎng)旺盛時(shí)，“紅紅邊邊”會(huì)向波長(zhǎng)增加的方向偏移，稱(chēng)會(huì)向波長(zhǎng)增加的方向偏移，稱(chēng)“紅移紅移”。n當(dāng)植物由于受金屬元素當(dāng)植物由于受金屬元素“毒害毒害”、感染病蟲(chóng)害、感染病蟲(chóng)害、污染受害或者缺水缺肥等原因而污染受害或者缺水缺肥等原因而“失綠失綠”時(shí)，時(shí)，則則“紅邊紅邊”會(huì)向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，稱(chēng)會(huì)向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，稱(chēng)“藍(lán)藍(lán)移移”。 紅邊-研究熱點(diǎn)nCollins （1978）研究作物不同生長(zhǎng)期內(nèi)）研究作物不同生長(zhǎng)期內(nèi)的高光譜掃描數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，作物快成熟時(shí)，的高光譜掃描數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，作物快成熟時(shí)，其葉綠素吸收邊（即紅邊）向長(zhǎng)波方向

33、移其葉綠素吸收邊（即紅邊）向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，存在動(dòng)，存在“紅移紅移”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。n各種植物都存在紅移現(xiàn)象，但紅移量隨植各種植物都存在紅移現(xiàn)象，但紅移量隨植物類(lèi)型存在差異。因此紅移現(xiàn)象可以用來(lái)物類(lèi)型存在差異。因此紅移現(xiàn)象可以用來(lái)評(píng)價(jià)作物間的差異以及特定作物的成熟期評(píng)價(jià)作物間的差異以及特定作物的成熟期的開(kāi)始。的開(kāi)始。nHorler等（等（1983）研究還認(rèn)為紅邊可以作）研究還認(rèn)為紅邊可以作為植物受脅迫的光譜指示波段為植物受脅迫的光譜指示波段礦區(qū)紅杉林反射曲線(xiàn)的藍(lán)移現(xiàn)象 n還可根據(jù)還可根據(jù)“紅邊紅邊”位位移量可以精確地估計(jì)移量可以精確地估計(jì)葉綠素含量或探測(cè)葉葉綠素含量或探測(cè)葉片的生化組分。片的生化組分

34、。n二三十年前，研究者二三十年前，研究者就發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在富含就發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在富含Cu，Mo等重金屬等重金屬元素土壤上的植物，受金屬元素元素土壤上的植物，受金屬元素“毒害毒害”影響，其影響，其光譜反射特性會(huì)發(fā)生一些變化，主要表現(xiàn)就是紅邊光譜反射特性會(huì)發(fā)生一些變化，主要表現(xiàn)就是紅邊和綠峰會(huì)向短波區(qū)偏移和綠峰會(huì)向短波區(qū)偏移10nm20nm不等（見(jiàn)圖）。不等（見(jiàn)圖）。這種礦化帶植物光譜異常是植物遙感探礦的有用指這種礦化帶植物光譜異常是植物遙感探礦的有用指標(biāo)。標(biāo)。紅邊-研究熱點(diǎn)植物光譜的“紅邊”紅移現(xiàn)象注意n不同植物種類(lèi)雖有共同的光譜反射特性，不同植物種類(lèi)雖有共同的光譜反射特性，形成很有特色的光譜反射曲線(xiàn)，但并

35、不是形成很有特色的光譜反射曲線(xiàn)，但并不是千樹(shù)一面。千樹(shù)一面。n實(shí)際上，不同種屬，處于不同生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)際上，不同種屬，處于不同生長(zhǎng)環(huán)境，其光譜反射曲線(xiàn)有許多差異：其光譜反射曲線(xiàn)有許多差異：如泡桐、楊樹(shù)等闊葉樹(shù)，枝葉繁茂，太陽(yáng)輻射如泡桐、楊樹(shù)等闊葉樹(shù)，枝葉繁茂，太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)上下多層的葉面反射，上述綠色植被的光經(jīng)過(guò)上下多層的葉面反射，上述綠色植被的光譜反射特性表現(xiàn)得尤為突出；譜反射特性表現(xiàn)得尤為突出；杉松等針葉樹(shù)，杉松等針葉樹(shù)， 葉面積指數(shù)低，相當(dāng)比重太陽(yáng)葉面積指數(shù)低，相當(dāng)比重太陽(yáng)輻射穿過(guò)枝葉空隙直接投射到地面，植被反射輻射穿過(guò)枝葉空隙直接投射到地面，植被反射總體降低，綠光區(qū)的小反射峰值也趨于平緩；

36、總體降低，綠光區(qū)的小反射峰值也趨于平緩；草類(lèi)則基本上介于兩者之間。草類(lèi)則基本上介于兩者之間。n不同植被類(lèi)型在可見(jiàn)光區(qū)的反射率彼此不同植被類(lèi)型在可見(jiàn)光區(qū)的反射率彼此差異小，曲線(xiàn)幾乎重疊在一起，進(jìn)入紅差異小，曲線(xiàn)幾乎重疊在一起，進(jìn)入紅外區(qū)，反射率的差異就擴(kuò)大了，彼此容外區(qū)，反射率的差異就擴(kuò)大了，彼此容易區(qū)分。易區(qū)分。n因此因此0.8m、1.7m和和2.3m都是識(shí)別都是識(shí)別不同植被類(lèi)型的最佳波段。不同植被類(lèi)型的最佳波段。注意二、植被分類(lèi)二、植被分類(lèi)n植被具有典型的波譜特征，將其余其它典植被具有典型的波譜特征，將其余其它典型地物，如人工建筑、裸土、水域等區(qū)分型地物，如人工建筑、裸土、水域等區(qū)分容易，但

37、對(duì)植被類(lèi)型劃分卻有一定難度。容易，但對(duì)植被類(lèi)型劃分卻有一定難度。n不同植被類(lèi)型，因組織結(jié)構(gòu)、季相、生態(tài)不同植被類(lèi)型，因組織結(jié)構(gòu)、季相、生態(tài)條件等不同而具有不同的光譜特征和冠層條件等不同而具有不同的光譜特征和冠層形態(tài)特征。如：形態(tài)特征。如：正常針葉林為紅到品紅，枯萎為暗紅色，即正常針葉林為紅到品紅，枯萎為暗紅色，即將枯死時(shí)為青色。將枯死時(shí)為青色。n故可根據(jù)故可根據(jù)植被光譜植被光譜、季相季相、生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境、冠冠層形態(tài)層形態(tài)進(jìn)行植被類(lèi)型識(shí)別。進(jìn)行植被類(lèi)型識(shí)別。（一）利用植物光譜特征區(qū)分植被類(lèi)型（一）利用植物光譜特征區(qū)分植被類(lèi)型n闊葉林與針葉林闊葉林與針葉林n草與闊葉林草與闊葉林（二）利用物候期差

38、異區(qū)分植被類(lèi)型（二）利用物候期差異區(qū)分植被類(lèi)型n落葉林與常綠林落葉林與常綠林n前提是需要獲取典型植被類(lèi)型的物候季影前提是需要獲取典型植被類(lèi)型的物候季影像像（三）利用生態(tài)環(huán)境條件區(qū)分植被類(lèi)型（三）利用生態(tài)環(huán)境條件區(qū)分植被類(lèi)型n不同種類(lèi)植物有不同的適宜生態(tài)條件，如不同種類(lèi)植物有不同的適宜生態(tài)條件，如溫度條件、水分條件、土壤條件、地貌條溫度條件、水分條件、土壤條件、地貌條件等。件等。n植物在地球表面的分布取決于熱量和水分植物在地球表面的分布取決于熱量和水分主導(dǎo)環(huán)境因子，及植物自身的適應(yīng)性和變主導(dǎo)環(huán)境因子，及植物自身的適應(yīng)性和變異能力。異能力。n我國(guó)森林氣候帶自北向南為：我國(guó)森林氣候帶自北向南為：寒溫

39、帶針葉林寒溫帶針葉林-溫帶針闊混交林溫帶針闊混交林-暖溫帶落葉暖溫帶落葉林和針葉林林和針葉林-亞熱帶常綠闊和針椰林亞熱帶常綠闊和針椰林-熱帶季熱帶季雨林和雨林。雨林和雨林。（三）利用生態(tài)環(huán)境條件區(qū)分植被類(lèi)型（三）利用生態(tài)環(huán)境條件區(qū)分植被類(lèi)型n我國(guó)北方，要求溫度變幅小，濕度較大的林木我國(guó)北方，要求溫度變幅小，濕度較大的林木多長(zhǎng)在山地陰坡，對(duì)溫度和濕度要求低的草地多長(zhǎng)在山地陰坡，對(duì)溫度和濕度要求低的草地多分布在山地陽(yáng)坡。多分布在山地陽(yáng)坡。n隨海拔變化產(chǎn)生不同溫?zé)峤M合決定了植被分布：隨海拔變化產(chǎn)生不同溫?zé)峤M合決定了植被分布：云南保山在海拔云南保山在海拔1300-2500m，氣候暖濕為亞熱帶暖，氣候暖

40、濕為亞熱帶暖性常綠闊葉林和針葉林；性常綠闊葉林和針葉林；海拔海拔2600-3200亞高山區(qū)氣候溫涼，為溫帶寒帶高山亞高山區(qū)氣候溫涼，為溫帶寒帶高山暗針葉林暗針葉林海拔海拔3200m以上亞高山和高山，氣候多變，多為雪以上亞高山和高山，氣候多變，多為雪線(xiàn)，生長(zhǎng)高山寒溫帶苔蘚，還有部分高山灌叢矮林線(xiàn)，生長(zhǎng)高山寒溫帶苔蘚，還有部分高山灌叢矮林和草地。和草地。（四）利用冠層形態(tài)特征區(qū)分植被類(lèi)型（四）利用冠層形態(tài)特征區(qū)分植被類(lèi)型n草本植物表現(xiàn)為大片均勻的色調(diào)，因其低草本植物表現(xiàn)為大片均勻的色調(diào)，因其低矮無(wú)陰影；矮無(wú)陰影；n灌木呈不均勻細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)，灌木一般不高，灌木呈不均勻細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)，灌木一般不高，陰影不明

41、顯；陰影不明顯；三、植被生態(tài)參數(shù)估算三、植被生態(tài)參數(shù)估算n植植 被指數(shù)被指數(shù)是遙感領(lǐng)域中用來(lái)表征地表植是遙感領(lǐng)域中用來(lái)表征地表植被覆蓋，生長(zhǎng)狀況的一個(gè)簡(jiǎn)單，有效的度被覆蓋，生長(zhǎng)狀況的一個(gè)簡(jiǎn)單，有效的度量參數(shù)。量參數(shù)。n隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，植被指數(shù)在環(huán)境、隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，植被指數(shù)在環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。生態(tài)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。 環(huán)境環(huán)境領(lǐng)域，通過(guò)植被指數(shù)來(lái)反演土地利用和領(lǐng)域，通過(guò)植被指數(shù)來(lái)反演土地利用和土地覆蓋變化，逐漸成為實(shí)現(xiàn)對(duì)全球環(huán)境變土地覆蓋變化，逐漸成為實(shí)現(xiàn)對(duì)全球環(huán)境變化的研究重要手段；化的研究重要手段；生態(tài)生態(tài)領(lǐng)域，隨著斑塊水平的生態(tài)系統(tǒng)研究成領(lǐng)域，隨著斑塊

42、水平的生態(tài)系統(tǒng)研究成果拓展到果拓展到 區(qū)域乃至全球的空間尺度上，植被區(qū)域乃至全球的空間尺度上，植被指數(shù)成了空間尺度拓展的連接點(diǎn)；指數(shù)成了空間尺度拓展的連接點(diǎn)；三、植被生態(tài)參數(shù)估算三、植被生態(tài)參數(shù)估算農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，植被指數(shù)廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物分布及長(zhǎng)領(lǐng)域，植被指數(shù)廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物分布及長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算、農(nóng)田災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警、區(qū)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算、農(nóng)田災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警、區(qū) 域域環(huán)境評(píng)價(jià)以及各種生物參數(shù)的提取。環(huán)境評(píng)價(jià)以及各種生物參數(shù)的提取。n總之，隨著人們對(duì)于全球變化研究的深總之，隨著人們對(duì)于全球變化研究的深入，以遙感信息推算區(qū)域尺度乃至全球入，以遙感信息推算區(qū)域尺度乃至全球尺度的植被指數(shù)日益成為令人關(guān)注

43、的問(wèn)尺度的植被指數(shù)日益成為令人關(guān)注的問(wèn)題。題。本節(jié)內(nèi)容n植被指數(shù)概念植被指數(shù)概念n植被指數(shù)類(lèi)型植被指數(shù)類(lèi)型n植被指數(shù)與葉面積指數(shù)關(guān)系植被指數(shù)與葉面積指數(shù)關(guān)系n植被指數(shù)與葉綠素含量關(guān)系植被指數(shù)與葉綠素含量關(guān)系n植被指數(shù)與植被覆蓋度關(guān)系植被指數(shù)與植被覆蓋度關(guān)系n植被指數(shù)與生物量關(guān)系植被指數(shù)與生物量關(guān)系n植被指數(shù)與氣候參數(shù)關(guān)系植被指數(shù)與氣候參數(shù)關(guān)系（一）植被指數(shù)概念n遙感圖像上的植被信息，主要通過(guò)遙感圖像上的植被信息，主要通過(guò)綠色綠色植物葉子植物葉子和和植被冠層植被冠層的光譜特性及其差的光譜特性及其差異、變化而反映的，不同光譜通道所獲異、變化而反映的，不同光譜通道所獲得的植被信息可與植被的不同要素或

44、某得的植被信息可與植被的不同要素或某種特征狀態(tài)有各種不同的相關(guān)性，種特征狀態(tài)有各種不同的相關(guān)性，如葉子光譜特性中，可見(jiàn)光譜段受葉子葉如葉子光譜特性中，可見(jiàn)光譜段受葉子葉綠素含量的控制綠素含量的控制近紅外譜段受葉內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的控制近紅外譜段受葉內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的控制中紅外譜段受葉細(xì)胞內(nèi)水分含量的控制中紅外譜段受葉細(xì)胞內(nèi)水分含量的控制n再如，可見(jiàn)光中綠光波段再如，可見(jiàn)光中綠光波段0.52m0.59 m0.52m0.59 m對(duì)區(qū)分對(duì)區(qū)分植物類(lèi)別敏感；植物類(lèi)別敏感；n紅光波段紅光波段0.63m0.69m0.63m0.69m對(duì)植被覆蓋度、植物生對(duì)植被覆蓋度、植物生長(zhǎng)狀況敏感等。長(zhǎng)狀況敏感等。n但是，對(duì)于復(fù)雜的植

45、被遙感，僅用個(gè)別波段或多但是，對(duì)于復(fù)雜的植被遙感，僅用個(gè)別波段或多個(gè)單波段數(shù)據(jù)分析對(duì)比來(lái)提取植被信息是相當(dāng)局個(gè)單波段數(shù)據(jù)分析對(duì)比來(lái)提取植被信息是相當(dāng)局限的。因而往往選用多光譜遙感數(shù)據(jù)經(jīng)分析運(yùn)算限的。因而往往選用多光譜遙感數(shù)據(jù)經(jīng)分析運(yùn)算（加、減、乘、除等線(xiàn)性或非線(xiàn)性組合方式），（加、減、乘、除等線(xiàn)性或非線(xiàn)性組合方式），產(chǎn)生某些對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)、生物量等有一定指示意義產(chǎn)生某些對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)、生物量等有一定指示意義的數(shù)值的數(shù)值即所謂的即所謂的“植被指數(shù)植被指數(shù)”。n它用一種簡(jiǎn)單有效的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物狀態(tài)信息它用一種簡(jiǎn)單有效的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物狀態(tài)信息的表達(dá)，以定性和定量地評(píng)價(jià)植被覆蓋、生長(zhǎng)活的表達(dá)，以定性和定量

46、地評(píng)價(jià)植被覆蓋、生長(zhǎng)活力及生物量等。力及生物量等。（一）植被指數(shù)概念n植被指數(shù)舉例以美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat TM傳感器獲取的遙感數(shù)據(jù)為例，植被指數(shù)就是由第三波段的紅光波段（Red）和第四波段的近紅外波段進(jìn)行運(yùn)算而得到可以表征植被狀況的植被指數(shù)。（一）植被指數(shù)概念(二)植被指數(shù)類(lèi)型n由于植被光譜受到植被本身、土壤背景、由于植被光譜受到植被本身、土壤背景、環(huán)境條件、大氣狀況、儀器定標(biāo)等內(nèi)外因環(huán)境條件、大氣狀況、儀器定標(biāo)等內(nèi)外因素的影響，因此植被指數(shù)往往具有明顯的素的影響，因此植被指數(shù)往往具有明顯的地域性和時(shí)效性。地域性和時(shí)效性。n20多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已研究發(fā)展了幾十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已研究發(fā)

47、展了幾十種不同的植被指數(shù)模型見(jiàn)表種不同的植被指數(shù)模型見(jiàn)表7-1。主要植被指數(shù)表達(dá)式一覽表主要植被指數(shù)表達(dá)式一覽表（續(xù)）植被指數(shù)模型植被指數(shù)模型-類(lèi)型類(lèi)型n比值植被指數(shù)：比值植被指數(shù)：兩個(gè)或以上波段反射率或DN值的比值。n差值植被指數(shù)：差值植被指數(shù)：兩個(gè)波段反射率或DN值的差值；n角度植被指數(shù)：角度植被指數(shù)：通過(guò)計(jì)算波段之間的夾角參數(shù)；植被指數(shù)模型植被指數(shù)模型-目標(biāo)目標(biāo)n反映植被的生長(zhǎng)狀況，同樣的植被具有相似或反映植被的生長(zhǎng)狀況，同樣的植被具有相似或相同的植被指數(shù)；相同的植被指數(shù)；n同一區(qū)域不同生長(zhǎng)階段植被的變化；同一區(qū)域不同生長(zhǎng)階段植被的變化；n減弱大氣對(duì)遙感信號(hào)的影響，即大氣輻射糾正減弱大氣

48、對(duì)遙感信號(hào)的影響，即大氣輻射糾正問(wèn)題；問(wèn)題；n削弱土壤背景的影響；削弱土壤背景的影響；n減小不同傳感器之間的差別；減小不同傳感器之間的差別；n增強(qiáng)不同時(shí)間之間的穩(wěn)定性；增強(qiáng)不同時(shí)間之間的穩(wěn)定性；。植被指數(shù)模型植被指數(shù)模型-介紹介紹n比值植被指數(shù)（比值植被指數(shù)（RVI）n歸一化植被指數(shù)（歸一化植被指數(shù)（NDVI）n土壤修正植被指數(shù)（土壤修正植被指數(shù)（SAVI）n轉(zhuǎn)換土壤調(diào)整植被指數(shù)（轉(zhuǎn)換土壤調(diào)整植被指數(shù)（TSAVI）n修改型二次土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)修改型二次土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù) （MSAVI）n差值植被指數(shù)（差值植被指數(shù)（DVI）n綠度植被指數(shù)（綠度植被指數(shù)（GVI） n垂直植被指數(shù)（垂直植被指數(shù)（PV

49、I）1、比值植被指數(shù)RVIn可見(jiàn)光紅波段（可見(jiàn)光紅波段（R）與近紅外波段（）與近紅外波段（NIR）對(duì)）對(duì)綠色植物的光譜響應(yīng)十分不同，且具倒轉(zhuǎn)關(guān)系。綠色植物的光譜響應(yīng)十分不同，且具倒轉(zhuǎn)關(guān)系。兩者簡(jiǎn)單的數(shù)值比能充分表達(dá)兩反射率之間的兩者簡(jiǎn)單的數(shù)值比能充分表達(dá)兩反射率之間的差異。比值植被指數(shù)可表達(dá)為：差異。比值植被指數(shù)可表達(dá)為：式中DN為近紅外/紅外段計(jì)數(shù)值（灰度值），地表反照率n對(duì)于綠色植物葉綠素引起的紅光吸收和葉肉組對(duì)于綠色植物葉綠素引起的紅光吸收和葉肉組織引起的近紅外強(qiáng)反射，織引起的近紅外強(qiáng)反射，RVI值高（一般大于值高（一般大于2）。而對(duì)于無(wú)植被的地面包括裸土、人工特）。而對(duì)于無(wú)植被的地面包

50、括裸土、人工特征物、水體以及征物、水體以及枯死或受脅迫植被枯死或受脅迫植被，因不顯示，因不顯示這種特殊的光譜響應(yīng)，則這種特殊的光譜響應(yīng)，則RVI值低（一般等于值低（一般等于1）。因此，比值植被指數(shù)能增強(qiáng)植被與土壤）。因此，比值植被指數(shù)能增強(qiáng)植被與土壤背景之間的輻射差異。背景之間的輻射差異。 或或比值植被指數(shù)可提供植被反射的重要信息，是植被比值植被指數(shù)可提供植被反射的重要信息，是植被長(zhǎng)勢(shì)、豐度的度量方法之一長(zhǎng)勢(shì)、豐度的度量方法之一 同理，可見(jiàn)光綠波段（葉綠素引起的反射）與紅波同理，可見(jiàn)光綠波段（葉綠素引起的反射）與紅波段之比段之比G/R，也是有效的。，也是有效的。比值植被指數(shù)可從多種遙感系統(tǒng)中得

51、到。比值植被指數(shù)可從多種遙感系統(tǒng)中得到。但主要用于但主要用于Landsat的的MSS、TM和氣象衛(wèi)星的和氣象衛(wèi)星的AVHRR。 1、比值植被指數(shù)RVIRVIRVI是綠色植物的一個(gè)靈敏指示參數(shù)是綠色植物的一個(gè)靈敏指示參數(shù)n它與葉面積指數(shù)（它與葉面積指數(shù)（LAILAI）、葉干生物量（）、葉干生物量（DMDM）、葉綠素含）、葉綠素含量相關(guān)性高，被廣泛用于估算和監(jiān)測(cè)綠色植物生物量。量相關(guān)性高，被廣泛用于估算和監(jiān)測(cè)綠色植物生物量。n在植被在植被高密度覆蓋情況高密度覆蓋情況下，它對(duì)植被十分敏感，與生物量下，它對(duì)植被十分敏感，與生物量的相關(guān)性最好。但的相關(guān)性最好。但當(dāng)植被覆蓋度小于當(dāng)植被覆蓋度小于 50%5

52、0% 時(shí)，它的分辨時(shí)，它的分辨能力顯著下降。能力顯著下降。nRVI RVI 對(duì)大氣狀況很敏感，大氣效應(yīng)大大地降低了它對(duì)植被對(duì)大氣狀況很敏感，大氣效應(yīng)大大地降低了它對(duì)植被檢測(cè)的靈敏度，尤其是當(dāng)檢測(cè)的靈敏度，尤其是當(dāng) RVIRVI值值 高時(shí)。因此，最好運(yùn)用高時(shí)。因此，最好運(yùn)用經(jīng)大氣糾正的數(shù)據(jù)，或?qū)刹ǘ蔚幕叶戎担ń?jīng)大氣糾正的數(shù)據(jù)，或?qū)刹ǘ蔚幕叶戎担―NDN）轉(zhuǎn)換成反）轉(zhuǎn)換成反射率（射率（ ）后再計(jì)算）后再計(jì)算 RVIRVI，以消除大氣對(duì)兩波段不同非線(xiàn)，以消除大氣對(duì)兩波段不同非線(xiàn)性衰減的影響。性衰減的影響。1、比值植被指數(shù)RVInDN轉(zhuǎn)換為反射率P公式n在在Landsat 7快速格式產(chǎn)品的頭文件輻

53、射記錄段中含有與輻射校正有關(guān)快速格式產(chǎn)品的頭文件輻射記錄段中含有與輻射校正有關(guān)的參數(shù)，用戶(hù)可利用這些參數(shù)將圖象象元的亮度值轉(zhuǎn)換成地物的輻射值的參數(shù)，用戶(hù)可利用這些參數(shù)將圖象象元的亮度值轉(zhuǎn)換成地物的輻射值或反射率?；蚍瓷渎?。n輻射記錄段以輻射記錄段以“gains and biases in ascending band number order”開(kāi)始，逐行、按波段順序記錄了輻射校正有關(guān)的參數(shù)，每行中按開(kāi)始，逐行、按波段順序記錄了輻射校正有關(guān)的參數(shù)，每行中按bias、gain的順序排列，其中的順序排列，其中bias的單位是的單位是W/m2 . ster .m，gain的單位是的單位是(W/m2 .

54、 ster .m)/DN。1、比值植被指數(shù)RVI太陽(yáng)高度角的余角成像時(shí)太陽(yáng)天頂角，即，大氣頂部的太陽(yáng)副照度，日地天文單位距離，取輻射能量值，圓周率，反射率，式中，）（圖像的偏置圖像的增益，樣本灰度值，輻射量度值，式中，QE01dsLPiPcosQ*0Eds*ds*L*PiPbiasgainDNL*biasgainDNL2、歸一化植被指數(shù)NDVI對(duì)濃密植被，因紅光反射很小，則對(duì)濃密植被，因紅光反射很小，則RVIRVI值將無(wú)界增長(zhǎng)；值將無(wú)界增長(zhǎng)； NDVI NDVI 是簡(jiǎn)單比值植被指數(shù)是簡(jiǎn)單比值植被指數(shù)RVIRVI，經(jīng)非線(xiàn)性的歸一化處理后，使所得，經(jīng)非線(xiàn)性的歸一化處理后，使所得的比值，限定在的比值

55、，限定在 -1-1，1 1 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)( (Normalized vegetation indexNormalized vegetation index) )NDVINDVI介于介于-1-1和和1 1之間，負(fù)值表示地面覆蓋為云、之間，負(fù)值表示地面覆蓋為云、水、雪等，對(duì)可見(jiàn)光高反射；水、雪等，對(duì)可見(jiàn)光高反射；0 0表示巖石或裸土等，表示巖石或裸土等，NIRNIR和和R R近似相等；正值表示有植被覆蓋，且隨覆近似相等；正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大蓋度增大而增大幾種典型的地面覆蓋類(lèi)型在大尺度幾種典型的地面覆蓋類(lèi)型在大尺度NDVINDVI圖象上區(qū)圖象上區(qū)分

56、鮮明，植被得到有效的突出。因此，分鮮明，植被得到有效的突出。因此，NDVI NDVI 特別特別適用于全球或各大陸等大尺度的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。適用于全球或各大陸等大尺度的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。RNIRRNIRRNIRRNIRDDDDNDVINDVI或式中DN為近紅外/紅外段計(jì)數(shù)值（灰度值），地表反照率植被遙感中植被遙感中NDVI應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛n 是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子。是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子。 研究表明：研究表明：NDVI NDVI 與與 LAILAI、綠色生物量、植被覆蓋度、光合作用、綠色生物量、植被覆蓋度、光合作用等植被參數(shù)有關(guān)。如等植被參數(shù)有關(guān)。如 NDVIN

57、DVI與與FAPARFAPAR（吸收光合有效輻射比）吸收光合有效輻射比）近近線(xiàn)性關(guān)系，而與線(xiàn)性關(guān)系，而與 LAI LAI 呈非線(xiàn)性相關(guān)；呈非線(xiàn)性相關(guān)；NDVINDVI的時(shí)間變化曲線(xiàn)可反的時(shí)間變化曲線(xiàn)可反映季節(jié)和人為活動(dòng)變化；甚至整個(gè)生長(zhǎng)期的映季節(jié)和人為活動(dòng)變化；甚至整個(gè)生長(zhǎng)期的NDVINDVI對(duì)半干旱區(qū)對(duì)半干旱區(qū)降降雨量雨量、對(duì)大氣、對(duì)大氣CO2CO2濃度濃度隨季節(jié)和緯度變化均敏感。因此，隨季節(jié)和緯度變化均敏感。因此，NDVI NDVI 被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)地區(qū)或全球植被和生態(tài)環(huán)境變化的有效指標(biāo)。被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)地區(qū)或全球植被和生態(tài)環(huán)境變化的有效指標(biāo)。n NDVI NDVI經(jīng)比值處理，可部分消除與太陽(yáng)高度

58、角、衛(wèi)星觀(guān)測(cè)角、經(jīng)比值處理，可部分消除與太陽(yáng)高度角、衛(wèi)星觀(guān)測(cè)角、地形、大氣程輻射（云地形、大氣程輻射（云 / / 陰影和大氣條件有關(guān)的輻照度條件變陰影和大氣條件有關(guān)的輻照度條件變化）等的影響。同時(shí)，化）等的影響。同時(shí)，NDVINDVI的歸一化處理，使因傳感器標(biāo)定衰的歸一化處理，使因傳感器標(biāo)定衰退的影響降低（對(duì)單波段從退的影響降低（對(duì)單波段從10-30%10-30%降到對(duì)降到對(duì)NDVINDVI的的0-6%0-6%），并使），并使由地表二向反射和大氣效應(yīng)造成的角度影響減小。因此，由地表二向反射和大氣效應(yīng)造成的角度影響減小。因此，NDVI NDVI 增強(qiáng)了對(duì)植被的響應(yīng)能力。增強(qiáng)了對(duì)植被的響應(yīng)能力。N

59、DVI的局限的局限nNDVI NDVI 對(duì)土壤背景的變化較為敏感。對(duì)土壤背景的變化較為敏感。 實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： 低植被覆蓋度時(shí)（低植被覆蓋度時(shí)（15%15%），植被），植被NDVINDVI值高于裸土值高于裸土NDVINDVI值，植被可被檢測(cè)出來(lái)，但因植被覆蓋度很低（如干旱、值，植被可被檢測(cè)出來(lái)，但因植被覆蓋度很低（如干旱、半干旱地區(qū)），其半干旱地區(qū)），其 NDVINDVI很難指示區(qū)域生物量；很難指示區(qū)域生物量； 中植被覆蓋度時(shí)（中植被覆蓋度時(shí)（2580%2580%），）， NDVINDVI值值 隨生物量的增隨生物量的增加呈線(xiàn)性迅速增加；加呈線(xiàn)性迅速增加； 高植被覆蓋度時(shí)（高植被覆蓋度時(shí)（8

60、0%80%），）， NDVINDVI值值 增加延緩而呈現(xiàn)增加延緩而呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，對(duì)植被檢測(cè)靈敏度下降。飽和狀態(tài)，對(duì)植被檢測(cè)靈敏度下降。n實(shí)驗(yàn)表明，作物生長(zhǎng)初期實(shí)驗(yàn)表明，作物生長(zhǎng)初期NDVI將過(guò)高估計(jì)植被覆蓋將過(guò)高估計(jì)植被覆蓋度，而作物生長(zhǎng)結(jié)束季節(jié)，度，而作物生長(zhǎng)結(jié)束季節(jié)，NDVI值偏低。值偏低。nNDVI NDVI 更適用于植被發(fā)育中期或中等覆蓋度植被檢測(cè)。更適用于植被發(fā)育中期或中等覆蓋度植被檢測(cè)。3、土壤修正植被指數(shù)、土壤修正植被指數(shù)nSAVISAVI（Soil-Adjusted vegetation indexSoil-Adjusted vegetation index）- -修正修正ND