基于地形调节植被指数估算长汀县植被覆盖度

植被覆盖度遥感估算最常用的方法是基于植被指数构建模型,但大部分的植被指数没有考虑地形的影响。以福建省长汀县作为研究区,引入能消除地形影响的地形调节植被指数(topography adjusted vegetation index,TAVI),利用像元二分模型估算植被覆盖度,旨在研究TAVI对植被覆盖度估算结果的影响,并与基于归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)估算的结果进行比较。根据目视效果和统计指标的分析表明:基于TAVI估算的植被覆盖度精度高于基于NDVI的估算结果,并能有效降低阴坡阳坡间的差异,提高阴坡区域植被覆盖度的估算精度。     

利用光化学反射植被指数估算光能利用率研究的进展

植被光能利用率(LUE)是估计植被初级生产力(GPP)和净初级生产力(NPP)模型的一个重要输入,准确地估计LUE对于生态学研究有重要的意义.由于LUE随环境的变化关系十分复杂,现有的LUE估算模型过于粗糙简单,而通过遥感直接估计LUE将会更加可靠.研究表明,光化学反射植被指数(PRI)与LUE有很好的相关性,故PRI在利用遥感估计LUE方面具有极大的潜力.但是很多研究也发现了PRI-LUE的关系不够稳健,受许多因素的干扰,比如物种构成、冠层结构及大气等.因此,PRI的广泛应用还需要更多的研究.本文首先介绍了PRI的定义及PRI随LUE变化的生理机制,再综述了一些利用遥感手段建立PRI-LUE关系的例子,然后分析了影响PRI-LUE关系的各种干扰因素,最后对PRI研究取得的成果、存在的问题以及发展前景作了总结.     

双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量遥感估算

基于多时相的Landsat8 OLI卫星遥感数据,采用面向对象的分类方法,提取双台河口国际重要湿地芦苇分布信息。通过对归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等6个植被指数与野外实测芦苇地上生物量数据间的统计分析,比较不同植被指数对芦苇地上生物量的敏感性,构建双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量遥感反演模型;应用该模型对芦苇地上生物量进行遥感反演以及空间格局分析。结果表明:双台河口国际重要湿地芦苇分布面积为4.39×104hm2,约占该研究区总面积32.96%;选取的6个植被指数均与芦苇地上生物量显著相关(p0.05),其中,以NDVI为变量的幂指数形式的估算模型为芦苇地上生物量遥感估算最优模型,模拟精度为79%,决策系数为0.76;双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量呈东高西低和北高南低的分布格局,其平均地上生物量为4 785.5 g/m2,总地上生物量为2.06×106t;本研究结果可为双台河口国际重要湿地生态系统管理和生物多样性保护提供数据支持与科学指导。     

基于IDL语言的植被指数UNVI软件插件

植被指数是地球陆表植被覆盖度和植被活力的指示因子,对环境监测、植被理化参量估算等应用研究有重要的意义。基于植被的反射光谱特征,通过遥感数据波段的组合,可以计算得到遥感植被指数。传统的植被指数如NDVI、EVI等仅利用有限波段信息的线性或非线性组合构建而成,没有充分利用遥感传感器所提供的多波段遥感信息,通用归一化植被指数UNVI(Universal Normalized Vegetation Index)充分利用了遥感传感器提供的多波段植被光谱信息,因此在反演植被叶绿素、生物量等植被理化参量上较其他传统植被指数更具优势。为方便UNVI指数的计算,本文基于IDL语言开发了UNVI软件插件,可直接作为ENVI商业遥感软件进行调用,并可满足多个传感器的UNVI计算需求。为了验证UNVI的应用效果,以植被总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)估算为例,比较了不同植被指数估算GPP的效果,结果表明:基于UNVI估算的GPP与通量站点获得的GPP具有较高的相关性(相关系数R2为0.79),验证了UNVI在GPP估算方面的优势。本文提供的UNVI软件插件可为遥感研究和应用人员提供便捷的计算工具。     

西藏高原典型草地地上生物量遥感估算

准确估算草地地上生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义.利用每月两次的野外调查资料和对应的MODIS植被指数,以GIS空间数据处理技术和多元统计分析方法等为手段,建立了西藏高寒草甸、高寒草原和温性草原3个典型草地类型的地上生物量遥感估算模型和方法.结果表明:MODIS植被指数更适合于高寒草甸和高寒草原的地上生物量估算,对于高寒草甸,最佳估算模型是基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的三次多项式,其相关系数为0.82;对高寒草原,则是基于增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)的三次多项式,相关系数达0.83;由于温性草原存在很强的空间异质性,估算效果较其他2个草地类型差.MODIS植被指数对草地生长期鲜草生物量的估算和模拟效果要优于总地上生物量.在生长期,高寒草甸和高寒草原的鲜草生物量与植被指数之间的相关系数都大于0.8,最高达0.92;对温性草原,两者的相关系数也均大于0.67,其中,NDVI是高寒草甸和温性草原鲜草生物量估算的最佳植被指数,对高寒草原则是EVI.对同一草地类型,由于地上生物量差异较小,使得相比其他模型,线性或多项式回归模型更适合于西藏高原草地地上生物量的估算.     

日光诱导叶绿素荧光遥感反演及碳循环应用进展

在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在光合作用探测上具有优势,是"实际光合作用"的直接探测方法。日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感是近年快速发展起来的新型遥感技术,尤其是2011年实现全球尺度卫星反演以来,在反演算法、植被监测和碳循环应用等方面发展迅速,是近10年来植被遥感领域最具突破性的研究前沿。本文阐述了现阶段(2011年以来)SIF遥感反演及其在碳循环应用方面的进展。本文首先介绍了卫星SIF遥感的发展及其反演算法现状;然后重点剖析了其在陆地生态系统总初级生产力(GPP)估算、全球碳循环监测、物候和植被胁迫监测等方面的应用现状和特点;最后从卫星SIF反演算法优化、SIF-GPP关系机理、SIF多尺度综合观测和全球碳循环监测等方面对今后植被SIF遥感的发展前景进行了展望。     

植被覆盖度遥感估算方法研究进展

植被覆盖度是重要的生态环境参数之一,遥感影像能够反映不同空间尺度的植被覆盖信息及其变化趋势,故遥感监测是获取区域植被覆盖度参数的一个重要手段.植被指数是反映地表植被覆盖、生物量等的间接指标,基于植被指数的植被覆盖度遥感估算方法有经验模型法、植被指数法、像元分解模型法及FCD模型制图法(Forest Canopy Density Mapping Model)等,基于决策树分类法和人工神经网络分类法的植被覆盖度遥感估算方法也有了一定的进展.本文综合分析讨论了目前常用的于遥感影像的植被覆盖度常用估算方法,对比分析了它们的优缺点,并对遥感植被覆盖度研究进行了展望.     

基于机载MASTER数据的果园叶面积指数遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述植被冠层结构的重要参数,准确获取果树的LAI对果树长势监测和果树估产均有重要作用。以美国加州中部的果园为研究区,基于沿太阳主平面飞行成像的机载MODIS/ASTER模拟传感器(MODIS/ASTER airborne simulator,MASTER)数据,利用实测LAI数据与归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、归一化差值红外指数(normalized difference infrared index,NDII)和归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)分别建立回归模型,并选取NDWI进行研究区LAI的反演。结果表明:由于地物的二向性反射,垂直太阳主平面飞行获取的遥感数据具有明显的亮度梯度现象,而沿太阳主平面飞行获取的遥感数据几乎不受亮度梯度的影响;NDVI在高植被覆盖区容易达到饱和,而NDWI比NDVI和NDII具有更高的拟合度和更小的均方根误差,更加适合研究区LAI的遥感反演;该研究结果可以丰富LAI反演理论,也可以为研究LAI尺度问题提供理论和数据支持。     

基于CASI数据的黑河绿洲区叶面积指数反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)作为植被冠层的重要参数,对作物长势监测及产量估算具有重要意义。本研究以黑河流域张掖绿洲试验区为例,基于机载航空高光谱遥感影像(compact airborne spectrographic imager,CASI)数据,利用物理模型与统计模型对研究区的LAI进行估测反演。首先,利用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)与相应实测LAI数据建立最佳线性回归模型;然后,基于混合像元分解模型和多次散射植被冠层模型构建物理模型;最后,以线性回归模型为参比修正多次散射植被冠层模型,构建半经验LAI反演模型,并比较上述模型拟合效果。研究结果表明,半经验模型为绿洲区LAI反演最优模型,模型估算精度R2达到0.89,精度提高较显著。研究对提升作物LAI的估算精度有一定意义,并将进一步推动精细农业定量遥感理论的研究与应用。     

塔里木河下游芦苇生物量遥感估算模型研建

在对塔里木河下游大西海子水库周边芦苇生物量实地调查基础上,使用同期TM数据建立了芦苇生物量遥感估算模型.结果表明:TM1 ～5、TM7的灰度值和垂直植被指数(PVI)、亮度植被指数(BVI)及归一化差值植被指数(NDVI)与芦苇生物量实测值显著相关;生物量遥感估算模型中非线性回归模型的拟合精度高于线性回归模型.NDVI...     

冠层光能利用率的叶绿素荧光光谱探测

设计了玉米生长期日变化试验,同步获取玉米冠层光谱和通量观测数据,探究从植被发射荧光光谱角度实现植被光能利用率可靠反演的可能性。运用涡度相关法获取群体生态系统净生产力(NEP),通过呼吸作用拟合得到冠层总初级生产力(GPP);在此基础上结合吸收光合有效辐射(APAR)获取冠层光能利用率(LUE);同时,利用叶绿素荧光光谱分离算法,提取了光合作用叶绿素荧光绝对强度和相对强度。结论表明,植被发射荧光光谱与光合有效辐射(PAR)显著正相关,760nm波段荧光与PAR的复相关系数R2在0.99以上;叶绿素荧光绝对强度与NEP和GPP显著正相关,荧光和NEP对环境日变化具有类似的响应特征;688nm和760nm植被发射的叶绿素荧光相对强度与LUEGPP存在可靠负相关关系,即叶绿素荧光强度越大,光能利用率越低。同时,通过比较几种植被指数与各种光合参量的相关性表明,叶绿素荧光能够更好的跟踪植被光合状态的变化,更适宜于植被光能利用率的探测。     

农作物含水量的遥感反演

利用遥感手段,在短波角度斜率指数(shortwave angle slope index,SASI)的基础上,采用全局植被湿度指数(global vegetation moisture index,GVMI)获取单位面积的植被冠层水分含量(EWT<,canopy>),建立了农作物水分含量的相关统计模型,并对黄淮海平原农作物水分含量进行反演研究.结果表明,该角度指数模型与EWTcanopy之间有很强的相关性,由此模型计算得到的黄淮海平原农作物水分含量,与同期的土壤相对湿度有较强的一致性.     

遥感干旱指数在金沙江流域干旱监测中的适用性研究

利用2015—2020年金沙江流域MODIS数据和流域内29个气象站1991—2020年月降水、气温资料,研究不同遥感干旱指数在金沙江流域的适用性,这些指数包括温度状态指数(temperature condition index, TCI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index, TVDI)、植被状态指数(vegetation condition index, VCI)、植被供水指数(vegetation supply water index, VSWI)和标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI)。结果表明：TCI与TVDI、VSWI与TCI、VSWI与TVDI、VSWI与VCI各月的相关性均较为显著。TVDI与SPEI和TCI与SPEI全年相关性较好。SPEI与VSWI相关性在1月、10月较低,其余月份均相关性较好。SPEI与VCI在1—3月相关性较低,其余月份均相关性较好。根据4种遥感干旱指数与SPEI的相关性分析,建议金沙江上游地区...     

典型植被指数识别火烧迹地潜力分析

植被指数法是利用卫星遥感影像识别火烧迹地的常用方法之一。植被因受火的干扰会形成火烧迹地,其光谱特征易与裸地、水体、道路、阴影和耕地等地物光谱混淆,使用遥感影像采用合适的植被指数提高过火区遥感监测精度仍是亟待解决的问题。以四川省2014年和内蒙古自治区2017年发生的4次森林火灾形成的火烧迹地作为研究区,利用高分一号16 m宽幅(GF-1 WFV)数据和Landsat8数据的波谱特性,选取归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、全球环境监测植被指数(global environment monitoring index,GEMI)、过火区识别指数(burned area index,BAI)和归一化火烧指数(normalized burn ration,NBR)等5种典型植被指数,通过构建不同植被指数的分离指数M来定量评价这些植被指数识别火烧迹地的潜力。研究结果表明,基于近红外—短波红外波段的NBR和基于可见光—近红外波段的BAI对过火区的分离性较好,NDVI的分离性次之,EVI和GEMI的分离效果较差;基于GF-1 WFV和Landsat8数据采用BAI和NBR指数对内蒙古鄂伦春自治旗火烧迹地进行了识别(其中GF-1 WFV数据只用于BAI识别),并利用高分二号(GF-2)数据进行了精度验证,两者火烧迹地识别总体精度均大于87%,Kappa系数均大于0. 7。     

落叶阔叶林冠层非光合组分对冠层FPAR的影响分析——一种分层模拟的方法

估算并消除冠层非光合组分(non-photosynthetic vegetation,NPV)吸收的光合有效辐射,对准确估算生态系统总初级生产力(gross primary productivity,GPP)具有重要意义。以落叶阔叶林为例,通过设置不同情景,应用任意倾斜叶片散射(scattering by arbitrary inclined leaves,SAIL)模型进行冠层光合有效辐射吸收分量(fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FPAR)的分层模拟,分析冠层NPV的FPAR的变动及其对冠层FPAR的贡献,并初步探讨落叶阔叶林NPV的FPAR的估算方法。结果表明,冠层NPV的FPAR的大小与冠层结构相关,在高覆盖度植被区NPV对冠层FPAR的贡献通常较小,但在低植被覆盖区的贡献会较高;NPV降低了冠层在近红外波段的反射;增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)与NPV的FPAR存在显著的线性负相关关系,可用来描述NPV的变化。     

陆地总初级生产力遥感估算精度分析

准确估算陆地总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)数值对碳循环过程模拟有重要影响。本文介绍了多种基于植被指数以及基于光能利用率的遥感GPP算法,综述了不同算法在其研究区域的估算精度;并分析了MODIS/GPP以及BESS/GPP两种遥感GPP产品在不同植被类型的估算精度。通过对比全球碳通量站网络GPP数据表明,MODIS/GPP产品在全球估算结果具显著相关性(R2=0.59)及中等标准误差(RMSE=2.86 g C/m2/day),估算精度较高的植被类型有落叶阔叶林,草地等;估算精度较低类型包括常绿阔叶林,稀树草原等。本文对GPP产品中存在的不确定性进行分析,通过综述前人研究中发现的遥感估算GPP方法中存在的问题,指出可能的提高卫星遥感GPP产品估算精度的方法及发展趋势。     

基于无人机低空遥感和现场调查的潮滩地形反演研究

潮滩地形与滩涂湿地生态系统的结构和功能密切相关,准确获取高精度的地形数据,对于分析潮滩的冲淤动态和盐沼植被扩散过程具有十分重要的意义。受自然潮滩观测时间有限、观测条件恶劣及植被覆盖等因素影响,传统的潮滩地形监测方法往往存在操作困难、效率较低、成本过高及覆盖范围有限等不足。文章通过无人机低空遥感方法获取航拍影像与其波段信息,基于运动结构技术提取影像三维坐标信息,构建研究区高精度数字表面模型(digital surface model,DSM),利用DSM模型直接获得无植被覆盖的光滩数字高程模型(digital elevation model,DEM);对于有盐沼植被覆盖的区域,利用红、绿、蓝3个可见光波段信息计算可见光差异植被指数(visible-band difference vegetation index,VDVI),同时结合野外现场调查,获取潮滩盐沼植物株高与VDVI指数的定量关系,建立株高反演模型;并利用株高反演模型从DSM中滤除植被,准确反演出潮滩植被区的DEM,从而整体获得潮滩地形的反演结果。结果表明,结合无人机低空遥感和现场调查的方法可以较好地实现对潮滩地形的精确反演:光滩区地形均方根误差为0.07 m,其精度与高精度三维激光扫描仪测量结果接近;经过植被滤除后,潮滩植被区地形均方根误差下降到0.14 m,数据精度可提升60%,优于传统的点云过滤方法。文章提供了一种基于无人机和现场调查的潮滩地形反演方法,实现了潮滩地形高效、大范围的监测,研究方法可应用到其他类似的潮滩或海岸区域,为海岸带滩涂湿地保护和管理提供重要的技术支撑。     

南方丘陵区植被覆盖度遥感估算的地形效应评估

植被覆盖变化是生态环境领域的核心研究内容之一,但其估算精度常受到地形效应、土壤背景、大气效应等各种因素影响。以Landsat 8 OLI为遥感数据源,基于像元二分模型,分别利用归一化差值植被指数(NDVI)、经Cosine-C校正的归一化差值植被指数(NDVI)和归一化差值山地植被指数(NDMVI)建立植被覆盖度估算模型,以评估南方丘陵区植被覆盖度的地形效应。结果表明,3种植被覆盖度估算模型均能削弱地形效应,但消除或抑制地形效应影响的能力不同。比较而言,基于NDMVI指数构建的植被覆盖度估算模型的地形效应最小,更适合地形复杂区域的植被覆盖度遥感估算;基于Cosine-C校正的NDVI植被指数构建的植被覆盖度估算模型的地形效应次之,但存在一定的过度校正现象;基于NDVI植被指数构建的植被覆盖度估算模型的地形效应最大,尤其当坡度≥10°时,阴坡植被覆盖度比阳坡明显偏低。     

基于MODIS数据的农业干旱遥感指数对比和应用

以辽西北为研究区域,选取典型干旱年2009年作物(春玉米)主要生长季,采用表观热惯量(apparent thermal inertia,ATI)、距平植被指数(anomalies of vegetation index,AVI)和植被供水指数(vegetation supply water index,VSWI)3种基于不同理论的遥感干旱指数方法对土壤水分进行反演,分析其监测效果。结果表明,3种指数分别在一定程度上反映出了辽西北地区2009年的旱情趋势,但得到的反演结果并不一致;ATI在中高植被覆盖率下的监测效果高于预期结果,比较符合历史气象资料;AVI可以有效反映当年作物主要生长季各时期相对的受旱状况;VSWI夸大了植被的影响作用,存在严重的滞后性。     

基于生态参数的岩溶峰丛区石灰岩基岩表面溶蚀率遥感反演

为了探索岩溶峰丛区生态参数与石灰岩基岩表面溶蚀率的相关性,用相关生态参数反演土层下石灰岩基岩表面的溶蚀率,从而间接估算其变形。选择桂林丫吉村岩溶峰丛区为研究区,以Landsat5 TM多光谱数据为信息源,提取归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、地面温度及土壤湿度等遥感参数;运用SPSS统计软件对这3种参数分别与石灰岩溶蚀率进行了相关分析,确定其相关系数分别为-0.91,0.85及0.93;在此基础上,通过逐步回归分析,建立了运用NDVI估算植被覆盖下石灰岩表面溶蚀率的遥感反演模型。结果表明:NDVI与石灰岩溶蚀率相关性最大,所以植被信息是石灰岩表层基岩溶蚀的主要间接标志;溶蚀率与NDVI指数存在线性关系,因此只要已知研究区其他地区的NDVI指数,即可估算出该地区的石灰岩基岩表面溶蚀率。