不同播期冬小麦叶面积指数高光谱遥感监测模型

叶面积指数(Leaf area index,LAI)与植物的光合能力密切相关,是评价作物长势和预测产量的重要农学参数,利用高光谱遥感能够实现农作物LAI快速无损监测。为了建立不同播期条件下冬小麦LAI反演的最佳高光谱监测模型,提高冬小麦LAI估算模型精度,将地面实测冬小麦LAI数据和冠层高光谱数据相结合,对4个播期及4个播期组合模拟的混合播期数据进行分析,选取8种植被指数,通过相关分析、回归分析等统计方法,构建不同播期冬小麦叶面积指数监测模型。结果表明,在4个播期处理和由一个所有播期组合下(即混合播期)建立的LAI光谱监测模型中,播期1和播期4分别以EVI2和mNDVI拟合效果较好,播期2、播期3及混合播期均与NDGI拟合效果最好。不同播期及混合播期的拟合方程决定系数(R~2)分别为0.803,0.823,0.907,0.819和0.798;通过试验田实测LAI与反演LAI数据进行拟合模型验证,均方根误差分别为0.81,0.78,0.63,0.82,0.91。通过分析可知,不同播期的分期监测模型比混合播期统一监测模型的拟合效果更好,精度更高。因此,播期1、播期2、播期3、播期4分别选用植被指数EVI2、NDGI、NDGI、mNDVI建立冬小麦LAI反演模型。该结果可为实现不同播期下冬小麦长势精确监测提供理论依据和技术支撑。     

西北地区陆地生态系统植被状态参数业务化遥感研究

植被指数(NDVI)和叶面积指数(LAI)是两个非常重要的陆地生态系统植被状态参数.我们首先利用最大值(MVC)合成方法使用先进遥感数据如MODIS、AVHRR3等得到旬合成植被指数(NDVI),然后利用最新的经验方法针对不同的陆地生态系统类型反演得到叶面积指数,重点研究了我国沙尘暴发生频率较高的我国西北地区植被覆被状态及其变化情况.植被指数能够反映区域,乃至全球范围植被年季状态,用于监测陆地生态系统植物光合作用活动及其变化.植被指数作为一个基础参数能够用于计算反演更高级别的陆地生态系统状态参数.叶面积指数直接影响植被的光合作用,蒸腾作用的变化和陆面过程的能量平衡状态.在沙尘暴预测研究中使用的起沙过程模型需要将叶面积指数作为一个关键输入变量,另外,绝大多数生态过程模型模拟碳、水循环时也都需要将叶面积指数作为一个非常重要的输入变量.我们总结了最新的叶面积指数经验反演方法,针对6钟不同的陆地生态系统类型应用不同经验模型计算得到了叶面积指数.     

利用ASTER数据估算2002年4月阿克苏地表特征和植被参数

利用ASTER卫星可见光和短波红外波段数据,估算了2002年4月12日阿克苏地区地表特征参数(地表温度T、地表反射率α)和植被参数(归一化植被指数NDVI、修正的土壤调整植被指数MSA-VI、植被覆盖度Pv和叶面积指数LAI等)。结果表明,各种植被参数在沙漠地区较小,而在绿洲中的值较大。同时本文认为ASTER遥感数据有较高的地面分辨率,利用它可以更好地反映地表的植被参数及地表特征参数状况;还指出了ASTER卫星数据在沙漠绿洲中的适用性。     

作物蒸散的研究:无水分亏缺条件下大豆田间蒸发与蒸腾的分别计算

分别用茎杆热量平衡和鲍思比法来估算无水分亏缺时的大豆田间的蒸腾(T)和蒸散(ET)。从ET中减去T就直接得到了大豆冠层下土壤蒸发的估算值。T/ET比值的日变化可用一条午间值最低、早晨和傍晚值较高的拋物线来表征。这种变化是由冠层吸收太阳直接辐射的日变程而决定的。结果表明,在土壤水分充足的条件下,大豆生育早期冠层稀疏时的田间蒸发,几乎与生育后期冠层稠密时田间的蒸散量相等。冠层下面的土壤日蒸发量随叶面积指数(LAI)增加而非线性下降。将估算蒸散的Makkink太阳辐射模式和冠层太阳总辐射的传输函数结合起来,形成一个估算冠层蒸腾的简单模式。由此模式估算的蒸腾量随叶面积指数的增加而非线性地增大,这种关系可由叶面积指数的负指数函数很好地逼近。     

基于棉田光谱的FY一3A／MERSI与MODIS植被指数关系研究

对同一区域不同时次的FY一3A／MERSI与MODIS的归一化植被指数(NDVI)和 比值植被指数(RVI)进行了计算,并针对地面光谱和影像数据方面进行了分析。结果表明, FY一3A／MERSI比MODIS数据更敏感,但受大气辐射传输影响也更突出,卫星入瞳处的反射率与地面实测资料相比,MERSI比MODIS变化大。FY一3A／MERSI与MODIS植被指数具有很好的相关性,遥感影像植被指数相关系数为0．98(NDVI)和0．96(RVI),地面光谱产生的 植被指数(NDVI和RVI)相关性则达到0．99。     

冠层流结构研究——一阶闭合模式及其数值解

本文建立了一个包括群体混合长模式在内的描述冠层流结构的一阶闭合模式。冠层内空气运动方程的无量纲形式表明,冠层流的结构决定于冠层拖曳力系数BT=1.4和描述冠层几何结构的无量纲叶面积密度a_n和叶面积指数LAI。将常用的群体叶片角分布函数用于推导方程和估计模式的系数。文中利用文献[1]的玉米群体实验资料作了检验。通过推广计算讨论了无量纲数BT、LAI和a_n对解的影响,给出了拟合的风速指数衰减系数的列线图。     

利用不同方法反演冬小麦叶面积指数研究

基于高光谱数据的叶面积指数监测是快速获取冬小麦叶面积指数的重要方法。为了探究回归方法和高光谱数据变换对冬小麦叶面积指数反演精度的影响,采用逐步回归和偏最小二乘回归方法,分别建立基于冬小麦拔节期冠层高光谱数据、一阶导数光谱数据、二阶导数光谱数据和对数光谱数据的叶面积指数多元线性回归模型。结果显示,导数和对数变换能够提高冬小麦LAI反演精度,以蓝紫光、绿光、红光和近红外波段建立的一阶导数光谱数据逐步回归模型最优,建立回归模型的决定系数R2为0.974,交叉验证的RMSE为0.131,可为冬小麦LAI估算的方法选择和数据处理提供依据和参考。     

盘锦湿地芦苇群落冠层内辐射分布特征

基于盘锦湿地芦苇群落冠层内不同层次的微气象要素与生物学特性观测,探讨芦苇群落冠层内总辐射分布与叶面积指数(LAI)的关系。结果表明:芦苇群落内太阳辐射的垂直分布在生长前期(5月)和后期(9月)呈S型曲线,生长盛期(6月和7月)呈指数曲线变化。冠层内不同层次的太阳辐射透射率随叶面积指数的增加而减少,消光系数(k)存在明显的季节变化,表现为从萌芽期到成熟期逐渐减小趋势(最小值k=0.436)。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射(PAR)的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关(R2=0.89);玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

夏玉米不同生育期叶片和冠层含水量的遥感反演

高光谱遥感技术监测作物含水量是了解作物生长状况的重要技术。为实现夏玉米不同生育期叶片和冠层含水量的快速、精细化、无损监测,本文基于2014年和2015年的6—10月华北夏玉米不同生育期不同灌水量干旱模拟试验数据构建了植被水分指数（W_I,M_SI,G_VMI）、复比指数（W_NV和W_CG）和红边反射率曲线面积（D_area）的夏玉米冠层等效水厚度（E_WTC）和叶片可燃物含水量（F_MC）的反演模型。结果表明:6个指标反演夏玉米三叶期的E_WTC模型均未达到0.05显著性水平,三叶期后各指标反演E_WTC模型均达到0.01的显著性水平,且总体而言模型精度从高到低为抽雄期、拔节期、灌浆期、成熟期和七叶期。6个指标反演七叶期和拔节期的F_MC均达到0.01显著性水平。因此,同一光谱指标反演夏玉米不同生育期叶片和冠层含水量的精度差异较大。光谱指标反演夏玉米叶片和冠层含水量指标的精度与夏玉米生育期有很大关系,进而提出了夏玉米不同生育期含水量反演模型。研究结果可为准确模拟夏玉米不同生育期含水量提供技术支撑。     

中国主产区玉米冠层对降水的截留研究

基于13个农业气象试验站2010—2017年逐日气象观测数据和玉米观测数据,采用针对玉米的截留模型,研究自然降雨条件下中国主产区玉米冠层截留及其变化规律。结果表明:在不同气候条件和生长状况下,玉米全生育期冠层截留差异较大。玉米冠层生长季平均截留量为4.3～23.5 mm,拔节到成熟期降水量≤70 mm时,截留量不足8 mm,随着降水量增加,截留量先是同时受降水量和最大面积指数制衡,后变为对最大叶面积指数更敏感。平均截留率为1.9%～11.6%,中国四大玉米主产区中的黄淮海夏播玉米区截留率最稳定,生长季降水量120 mm的地区截留率超过10%,按玉米主产区和气候干湿度两种分类提供平均截留率范围。依据拔节到成熟期降水量、最大叶面积指数及截留变化规律可以估算不同地区玉米冠层截留量和截留率,为有效降水评估、干旱指标修正、农田水分循环等方面提供科学依据。     

玉米冠层对降水的截留模型构建

降水资源是农作物的主要水分来源,农作物通过吸收土壤中的水分维持正常的生长发育,但由于未考虑农作物冠层对降水截留作用,在水资源评估和农田水分平衡研究中往往高估降水作用。该文通过2018年玉米生长季在辽宁锦州农业气象试验站开展的降水模拟试验系统分析了玉米冠层对降水的截留效应,结果表明:在降水量一定条件下,玉米冠层截留量与叶面积指数的二次多项式拟合相关最佳;在叶面积指数一定条件下,玉米冠层截留量与降水量的幂函数拟合相关最佳。综合叶面积指数和降水量分析表明:玉米冠层截留量与叶面积指数平方及降水量对数函数拟合呈正相关。根据我国玉米传统种植方式,高产玉米的叶面积指数最大一般为5~6,因此,对一次降水的最大截留量通常约为1.5~2.3 mm,当叶面积指数小于1时,对降水的截留可忽略不计。     

基于3种遥感指数的东北春玉米干旱识别对比

以东北春玉米为研究对象,探究利用植被光合特性的日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)指数、近红外-短波红外波段构建的归一化差值水分指数(normalized difference water index,NDWI)和可见光-近红外波段构建的归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)识别东北春玉米干旱的准确度和敏感度。研究发现:SIF指数、NDWI和NDVI对干旱识别准确度均超过80%,其中重度干旱准确度超过94%,且在春玉米苗期表现最佳;3种指数对比可知,SIF指数在春玉米干旱识别的准确度和敏感度方面均最佳,分别为89.27%和81.65%,NDWI敏感度次之,NDVI最差。表明基于光合特性的SIF指数在识别东北春玉米干旱方面优于基于地物光谱特性所构建的植被指数。     

WOFOST模型在内蒙古东南部模拟春玉米生长的适应性评价

在内蒙古东南部地区引入成熟的作物模型并进行适应性验证,可为模型区域化应用提供研究依据。文章基于内蒙古东南部地区田间试验数据、农业气象观测数据结合同期气象数据和土壤数据,利用"试错法"对WOFOST模型参数进行了调试,对WOFOST模型发育期、叶面积指数及各器官生物量、产量等的模拟能力进行了验证。结果表明,模型对玉米发育期模拟较好,抽雄期和成熟期的模拟误差在6d以内,其中对抽雄期的模拟效果更好,在3d左右;模型对生育期内叶面积指数和各器官模拟良好,实测值和模型值的决定系数R2较高,均通过显著性检验,模拟各器官生物量和产量的均方根误差(RMSE)在641～1414kg·hm-2,其中模拟LAI的均方根误差(RMSE)为1.22。通过校准模型参数值,WOFOST模型能够较好地模拟内蒙古东南部地区春玉米生长发育及其生物量的动态积累过程,能够应用于内蒙古东南部地区春玉米生产。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射（PAR）的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明：玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关（R2=0.89）;玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

华北平原不同生长发育期作物长势对气候因子的响应研究

利用卫星遥感归一化植被指数(NDVI)时间序列数据和站点气象数据,从农作物生长发育过程的角度,分析了1981~2008年华北平原农田在12个生长发育期(冬小麦8个、夏玉米4个)对降水和温度不同的响应特征。研究区农田植被指数对降水响应的滞后性强于对温度的滞后性,其中对降水最为敏感的是前1和前2个生长发育期,对温度最为敏感的是同期和前1个生长发育期。不同种类作物在不同时期对气候因子响应不同:冬小麦发育中后期、夏玉米发育中期,绝大多数站点植被指数与降水呈正相关;冬小麦生长发育前中期植被指数与温度呈显著甚至极显著正相关。冬小麦出苗期温度、返青期温度和返青期降水分别与不同时期植被指数显著相关,出苗期和返青期为研究区农田长势对气候因子响应的敏感期。     

鱼眼影像技术反演植被冠层结构参数的研究进展

快速、可靠、精确的评估植被冠层结构参数在大气一植被相互作用的研究中起着举足轻重的作用。从冠层结构参数的反演原理、冠层间隙度的提取、冠层结构的反演模型和丛生指数3个方面论述了冠层结构参数即叶面积指数（LAI,leaf area index）和叶倾角分布（LAD,leaf angle distribution）的反演方法,并从鱼眼像片的采集、分析和模型的假设等方面分析影响冠层结构参数反演精度的原因,指出未来鱼眼影像技术虽然是LAI和LAD间接测量的理想手段,但是受观测环境、相机光学特性和冠层本身的影响,反演结果需要通过验证来消除不确定因素。     

利用HJ—1卫星多光谱数据监测城市 湖泊蓝藻研究

以2009年8月中旬东湖支湖局部暴发蓝藻为案例,对蓝藻暴发前后三个时期的HJ-1卫星多光谱遥感影像数据进行对比分析,利用比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)以及增强型植被指数(EVI)三种植被指数对蓝藻信息进行判别提取,通过已验证的样本点率定判别方法阈值,并对三种植被指数精度及判别结果进行比较分析。结果表明,利用HJ-1遥感数据可快速鉴别蓝藻范围及其程度,大气校正突出了蓝藻水体和其他地物光谱差异,EVI方法精度较高,可剔去水质中泥沙等悬浮物的干扰,可作为城市湖泊蓝藻变化检测经验模型。     

基于遥感与地理信息系统支持下的地表植被特征参数反演

利用Sellers等对于不同植被类型在观测的基础上已经建立起来的光合作用有效辐射吸收系数(FPAR)或叶面积指数(LAI)与归一化标准植被指数(NDVI)的函数关系,以国家卫星气象中心接收稿日期的美国卫星NOAA-16的范围为(5～65°N,60～150°E、分辨率为1 km的NDVI资料为原始资料,根据2000年10月15日至2001年10月15日期间MODIS卫星遥感数据反演得到的IGBP分类系统1 km分辨率的土地覆被类型资料为辅助资料,对反演这一研究范围内的地表植被特征参数FPAR和LAI进行了有益的尝试,得到了比较好的结果,并成功地运用于集成沙尘天气数值预报系统中.     

宁夏灌区春小麦LAI与生长性状和产量的关系

利用宁夏永宁农试站1994—2012年2个品种小麦观测资料,对2个小麦品种的生长性状、产量和产量结构进行方差分析,然后选取2个品种间差异不显著的样本,建立小麦不同发育期叶面积指数(LAI)与株高、密度、产量、穗粒数、结实小穗数及千粒重的关系。结果表明,不同发育期的LAI能反映小麦株高、密度和单位面积结实穗数。抽穗至乳熟阶段的LAI可估测株高,三叶至乳熟阶段的LAI均可监测同期密度,以拔节至乳熟阶段最好。抽穗至乳熟阶段的LAI可估测单位面积有效穗数,以抽穗期效果最好。抽穗至乳熟阶段LAI能较好地反映小麦产量的变化,可利用小麦冠层高光谱测定值构建的植被指数或MODIS植被指数反演LAI,利用LAI与产量的关系估产。如果在小麦不同生育阶段用遥感植被指数估测LAI,就可通过LAI与小麦株高、密度的关系监测小麦长势。抽穗至灌浆前期的LAI相对稳定,利用MODIS植被指数反演的LAI可估测小麦密度、产量和产量结构。