铅污染水稻的冠层高光谱特征研究

本研究通过铅污染土壤中的水稻盆钵栽培试验,考察了水稻对土壤重金属铅的吸收以及铅对水稻生长的胁迫,并借助地面高光谱辐射仪器获取多个生育期（苗期、分蘖前期、分蘖盛期、拔节期和孕穗期）的水稻冠层高光谱反射数据。在进行光谱测量的同时测定了水稻植株体内的铅含量与冠层叶片叶绿素含量。分析结果表明:铅污染胁迫下水稻冠层叶片叶绿素含量与叶绿素a、b组成变化明显,可见光区间520nm～560nm和630nm～690nm处是铅污染水稻对冠层反射高光谱敏感的特征波段。通过模拟高光谱分辨率遥感传感器MODIS的相应波段（第4通道:545nm～564nm、第1通道附近:620nm～670nm）以及考虑叶绿素的荧光特征（760nm）,本研究分别选择敏感波段中的552nm,672nm与760nm构造了复合归一化污染指数CNDPI（Compos-ite Normalized Difference Pollution Index）,分析发现CNDPI能够明显地区分不同铅污染水平的水稻。在分蘖前期采用适当的冠层光谱反射率形式（敏感波段、CNDPI）可以实现水稻铅污染的遥感监测。     

不同植被红边指数在城市草地健康判别中的对比研究

遥感红边指数与表征绿色植物生长状况的重要生化参数有密切的关系,是植被长势监测的重要因子。为寻找出最适用于城市草地生长状况监测的红边指数,本文基于Sentinel-2A数据,对比分析了不同红边指数在城市草地健康状况估算方面的差异。本文以福州市和厦门市的城市草地为例,在全面分析各种健康水平草地光谱响应特征差异的基础上,选取了6种与草地生化参数相关的红边指数,即红边位置REP、地面叶绿素指数MTCI、归一化差值红边指数NDRE1、新型倒红边叶绿素指数IRECI、红边叶绿素指数CI_red-edge以及叶绿素吸收指数MCARI2,然后采用独立样本T检验及欧式距离对这6种红边指数在草地健康判别中的优劣进行了定量对比。结果表明：IRECI指数对草地健康状况最为敏感,该指数在不同健康等级草地的值域区间和均值都存在显著性差异,其判别总精度均大于85%;NDRE1和MCARI2指数次之,其他3个指数则难以判别草地的健康状况。因此,在基于Sentinel-2A影像的城市草地健康遥感判别中,推荐使用IRECI指数。     

湖泊水体叶绿素a含量估算的波段宽度变化影响分析——以太湖为例

为研究不同波段宽度遥感数据对监测水体叶绿素a含量的影响,以太湖水体实测高光谱遥感反射率数据为基础,分析计算不同波段宽度下遥感反射率的归一化值与叶绿素a浓度之间的相关系数。随着波段宽度在75.93nm范围内不断递增,最大相关系数逐渐减小,最大正相关波段向长波方向移动,最大负相关波段向短波方向移动。而波段宽度在31.6nm范围内变化时,最大正相关波段和最大负相关波段都会保持相对稳定。通过对不同波段处相关系数平均值和标准差的对比分析认为,718.77^~34.58nm为叶绿素a遥感监测的最佳波段范围。这将对遥感传感器的波段设置,以及实际水体叶绿素a遥感监测时的波段选择,具有重要的参考价值。     

高分六号影像在内陆水体叶绿素a反演中的应用潜力分析

GF-6 WFV影像具有宽覆盖、高时空分辨率、高光谱分辨率等特点,目前在农业和林业遥感领域都有一定应用,但是在水质遥感中的应用潜力还缺乏系统的评估。本文以潘家口和大黑汀水库为研究区,采用2019年9月24—25日获取的潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度、实测遥感反射率和准同步GF-6 WFV影像,构建了潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度经验反演模型,探索GF-6 WFV在内陆水体叶绿素a浓度遥感监测中的应用潜力。研究结果表明,基于GF-6 WFV模拟光谱构建的潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度经验模型决定系数均在0.90以上,GF-6 WFV影像在水体叶绿素a遥感监测中具有应用潜力,尤其是新增的黄波段和红边波段1,有助于提高GF-6 WFV影像叶绿素a浓度遥感监测能力;GF-6 WFV影像大气校正误差降低了叶绿素a浓度遥感监测精度,GF-6 WFV影像水体大气校正精度有待改进,以提升GF-6 WFV影像水质遥感监测能力。     

林下植被遥感反演研究进展

林下植被在森林生态系统碳、水和营养元素的累积和循环方面有着重要作用与科学意义。多角度、高光谱和激光雷达遥感系统凭借对森林分层结构的敏感性,成为量化林下植被的重要手段。本文综述了森林林下植被的遥感反演研究进展：首先讨论了林下植被的定义,其次对当前林下植被的遥感反演现状作了深入分析,总结了多角度、高光谱和激光雷达遥感观测的森林背景的反射率、林下植被的叶面积指数、高度和覆盖度的遥感反演原理和方法。基于不同卫星观测角度下森林冠层和森林背景对总反射的贡献差异,林下反射率可通过多个角度的观测数据进行反演。此外,借助激光雷达穿透冠层直接观测林下植被的优势,总结了激光点云数据和回波波形信息反演林下植被的覆盖度和高度的方法,以及今后使用遥感技术反演的难点和获取林下植被信息的主要发展方向。     

太湖水质参数MODIS的遥感定量提取方法

本文利用MODIS数据的可见光、近红外波段和准实时的地面采样数据,分别利用线性回归模型和神经网络模型反演了太湖的叶绿素a和悬浮物浓度.结果表明,利用MODIS数据的波段组合(M2/M8)和(M2/M9)可估算太湖的叶绿素a浓度;而MODIS数据的波段组合(M12/M17)、(M13/M17)及MODIS(M4)波段能定量估算太湖的悬浮物浓度,但估算精度仍不能满足实际需要.因此,构建了一个以MODIS可见光及近红外波段为输入,以太湖水质参数为输出的2层BP神经网络模型反演太湖的水质参数,大大提高了反演精度.     

湛江港海域叶绿素a浓度的高光谱遥感反演

基于表观光学法研究冬季湛江港海域高光谱遥感叶绿素a浓度的反演模型构建,结果表明,该海域单波段遥感反射率与叶绿素a浓度相关性低,波段比值和遥感反射率的一阶微分法可提高叶绿素a浓度反演精度。665nm处的遥感反射率一阶微分值与叶绿素a浓度相关性良好,相关系数可达0.84。一阶微分相关系数大于0.8的波段大部分处于叶绿素a红光强烈吸收区域,对于富营养化的湛江港海域采用一阶微分方法构建叶绿素a浓度的遥感反演模型具有合理性。     

基于反射峰面积的水体叶绿素遥感反演模拟研究

叶绿素浓度是水体富营养化状态的重要指标,也是水色遥感反演的水质参数之一。水体中叶绿素浓度的遥感反演主要是建立实测光谱和实测水质参数二者之间的关系模型,利用遥感影像进行叶绿素浓度的信息提取。传统的叶绿素浓度遥感反演受区域性和季节性的影响,反演精度不高,而且反演模型不具普适性,需对叶绿素光谱特征进行分析,建立高精度的反演模型。本文采用Hydrolight数据模拟了不同叶绿素浓度(1~200 µg·L^-1)的水体在可见光近红外的反射波谱曲线,通过分析叶绿素的光谱特征选取了特征波段或波段组合,并建立了叶绿素浓度反演模型。研究表明,除反射峰波长模型外,反射峰面积模型、三波段模型、红光线高度模型等均能较好地反演叶绿素浓度。在不同叶绿素反演模型中,除红光线模型外,最优的是反射峰面积模型,其决定系数为0.9689,反演误差为25.25 µg·L^-1;其次是三波段模型,其决定系数为0.9637,反演误差为10.66 µg·L^-1。究其原因,三波段模型考虑了水体中非色素悬浮物、黄色物质及水体后向散射对叶绿素浓度反演造成的影响;反射峰面积模型除此之外还综合考虑了叶绿素散射效率的影响。     

三江源区毒杂草型退化草地植被光谱特征分析

毒草型退化草地具有群落演替特点,通过高光谱遥感技术反演毒杂草分布与退化草地群落结构能对该类退化草地进行有效监测,而光谱特征分析是毒杂草与优良牧草遥感识别的基础。本文选取了三江源区毒草型退化草地的8种典型毒杂草和4种优良牧草的地面实测高光谱数据作为研究样本,经过SG平滑、包络线去除、导数变换和光谱参量化对毒杂草种和优良牧草种的光谱特征进行了分析,并通过马氏距离法提取其特征识别波段。结果表明：① 8种典型毒杂草和4种优良牧草的 “近红外峰值”差异较大,其中鹅绒萎陵菜的“近红外峰值”达到60.07%,而最小者早熟禾仅为17.53%;② 经包络线去除处理后,植被光谱曲线中吸收谷和反射峰光谱差异更加明显,且可减少环境背景对植被光谱的影响,如沼泽草甸的鹅绒委陵菜和驴蹄草,其“绿峰幅值”分别为6.46%和6.89%,经处理后其“绿峰指数”分别为0.2866和0.3671,而在2种环境下生长的同一草种（狼毒草1和狼毒草2）的峰谷特征差异不明显;③ 基于马氏距离法提取的毒杂草与优良牧草的敏感识别波段主要分布在680~750 nm和900~1000 nm波长范围内,以醉马草与矮嵩草为例,其基于反射率的敏感识别波段为713.1~737.1 nm和934.6~965.6 nm。该研究可为利用高光谱遥感进行大面积毒杂草草种识别和植被群落生长监测提供重要科学依据,对于三江源区毒杂草的监测防治和畜牧业的可持续发展具有重要意义。     

利用独立变量分析模型确定成熟期水稻砷含量

水稻中过量砷(As)能够损害叶片中叶绿素和叶片内部结构,进而影响水稻光合作用效率,并改变水稻在光谱上的表现.本文利用独立变量分析(ICA)模型对成熟水稻中As含量进行研究.结果表明,在蓝光波段(440～40nm)和红光波段(600～700nm)之间各有一个独立变量与水稻中As含量高度相关,相关系数迟到0.95以上.并将所得独立变量和水稻中As含量之间进行回归分析,得到水稻中As含量的回归方程.研究证明,重金属As对水稻生长的影响可以用独立变量分析(ICA)方法提取光谱中关于As胁迫的隐含弱信息,建立遥感预测模型,为大面积监测农作物As污染提供依据.