冬小麦冠层氮素的垂直分布及光谱响应

考察了田间条件下冬小麦主要生育阶段冠层氮素、叶绿素的垂直分布及其光谱响应。不同叶层的叶片含氮量按上 (冠层顶部向下至 1 / 3株高处 )、中、下层的顺序呈明显下降的梯度 ,全生育期不同土壤施氮处理平均 ,上、中层间相差 1 3 3% ,中、下层间相差 2 9 5 %。在生育前期 ,各层叶片的含氮量随土壤供氮水平增高而增加 ,但不同叶层间氮素的梯度相对稳定。到生育中后期 ,中、下层叶片间氮素含量梯度增大 ,且随土壤供氮水平增高而加剧 ,最大时可相差 4 5 3% ;冠层内叶绿素 (a b)含量的垂直分布规律与氮素含量的垂直分布相类似 ,但对土壤供氮水平的反应上表现出与氮素不尽一致的趋势。不同叶层的光谱特征表现为 ,在土壤低氮水平下 ,不同叶层间在红光波段、短波红外波段 (1 4 0 0nm— 1 80 0nm及 1 95 0nm— 2 30 0nm)的反射率差异显著 ,下部叶层的反射率显著高于上、中叶层 ,但在土壤高氮水平下 ,上述差异消失 ;在近红外平台处 ,不同叶层间反射率按上、中、下顺序降低 ,梯度分布特征明显。利用近红外波段的冠层反射光谱能够很好地反演中下层叶片的叶绿素含量     

松嫩平原典型土壤高光谱定量遥感研究

为实现松嫩平原典型土壤理化参数时空信息的快速获取,为定量遥感、精准农业等相关研究服务,以松嫩平原典型土壤的高光谱反射率为研究对象,分析土壤反射光谱特征及其与土壤理化参数的关系,建立基于反射光谱指数的土壤理化参数遥感估算模型;提取黑土光谱特征点,建立黑土反射光谱曲线模拟函数.结果表明:松嫩平原不同土壤光谱特征差异主要在450-600,600-800 nm两个吸收谷部分,土壤有机质是黑土反射光谱特征的决定因素;不同于南方土壤,铁对松嫩平原典型土壤反射光谱特征的影响较小;随着含水量的增加,土壤水分对土壤光谱反射率的作用过程可以用三次方程定量描述;基于土壤反射率及反射光谱特征的土壤理化参数光谱预测模型可以用于土壤相关理化参数的快速测定;基于光谱特征点的黑土反射光谱曲线模拟函数可以准确描述黑土的反射光谱特征,这一方法可以用于高光谱数据压缩和基于多光谱数据的高光谱反射率重建.     

利用多时相的高光谱航空图像监测冬小麦条锈病

冬小麦发生锈病 ,叶绿素被大量破坏 ,水分蒸滕量大大增加 ,叶片细胞大小、形态、叶片结构发生了改变 ,从而改变了叶片和冠层的光学特性 ,使得遥感探测与评价成为可能。利用多时相的高光谱航空飞行图像数据 ,了解、分析和发现条锈病病害对作物光谱的影响及其光谱特征 ;设计了病害光谱指数 ,成功地监测了冬小麦条锈病病害程度与范围。对比 3个生育期的条锈病与正常生长冬小麦的PHI图像光谱及光谱特征 ,发现 :5 6 0— 6 70nm黄边、红谷波段 ,条锈病病害冬小麦的冠层反射率高于正常生长的冬小麦光谱反射率 ;近红外波段 ,条锈病病害的冠层反射率低于正常生长的冬小麦光谱反射率 ;条锈病冬小麦冠层光谱红谷吸收深度和绿峰的反射峰高度都会减小     

土壤有机质光谱特征研究

对在宜兴市和横山县采集的174个土样400 nm~2 500 nm波段的光谱曲线进行了研究。为了有效去除背景噪声对目标光谱的影响,并将非线性关系线性化,首先对土壤光谱进行了14种变换,然后运用光谱微分技术、逐步回归分析等方法研究了土壤光谱反射特性与土壤有机质之间的关系。结果表明,反射率对数的一阶微分这一变换形式对土壤有机质含量最为敏感。建立了相应的回归预测模型,模型方程判定系数达到0.885,较好地利用土壤光谱反射特性预测了土壤有机质的含量。     

利用MODIS BRDF估算中国东北森林背景反射率——以大兴安岭加格达奇地区为例

基于MODIS二向反射分布函数(BRDF)模型参数产品数据,利用4-scale模型建立查找表,以中国东北大兴安岭加格达奇地区为研究区,反演森林背景反射率,并分析不同森林类型二向反射与背景反射率特性及其季节变化。研究结果表明:(1)研究区针叶林和混交林二向反射特征较为相似,夏季阔叶林在红光波段的二向反射率值均低于针叶林和混交林,而在近红外波段则相反;不同森林类型二向反射率均存在明显的季节变化,其中阔叶林二向反射率季节变化最为明显;(2)研究区夏季森林背景反射率在红光波段较低,均在0.1以下,近红外波段背景反射率普遍高于0.3,且空间差异较大;(3)不同森林类型的背景反射率季节变化趋势大致相同,但变化幅度存在差异:阔叶林的背景反射率值季节差异最大,尤其在近红外波段。     

二向反射遥感中冬小麦植被组分和土壤特性的季相变化

在二向反射物理模型的反演研究中,李小文和Strahher等提出基于知识的反演,强调了地面知识积累对反演的重要性.根据在北京、山东禹城和河北栾城等地不同年份积累的不同品种冬小麦实测数据,按照二向反射理论模型及模型反演研究的要求,分析了冬小麦群体植被组分的几何结构、光学特性和土壤光学特性等参数的季相变化特征.具体内容包括(1)叶面积指数的季相变化;(2)叶、茎、穗面积在它们总面积中比例的季相变化;(3)叶倾角分布的季相变化;(4)叶茎穗光学特性的季相变化(5)土壤背景垂直向上反射率的季相变化,文中各项季相变化特征覆盖的冬小麦生育期长.这是一份比较系统和有较好代表性的结果.     

重金属铜污染植被光谱响应特征研究

重金属铜污染植被的反射光谱特性会发生明显改变。在本研究中,采用不同程度的铜污染土壤作为培养基质,选择春小麦、上海青两种农作物进行铜胁迫实验,获取了4个不同生育期、10个不同铜污染强度下的植被叶片的反射光谱,并采用铜污染叶片7个特征波段和光谱角的方法研究了铜污染叶片的光谱特征。结果表明,铜污染叶片光谱差异与作物时期和作物类型有关,可以采用叶片光谱角描述铜污染叶片与健康叶片的光谱差异。该方法只需与阈值做简单的比较,方法简便易行,而且对轻度及重度铜污染十分敏感。叶片光谱辐射传输模型反演结果表明铜污染叶片内部结构参数N明显变大,这也证明了铜污染使叶片内部结构更加散乱无序。在此基础上进一步建立了N与红肩处反射率值的线性关系,相关系数为0.978。本文为铜污染叶片光谱反射模型的建立提供了初步的数据基础与理论支持。     

中国陆地背景和土壤光谱反射特性的地理分区的初步研究

通过对土壤光谱反射特性与土壤理化性状关系的研究,并根据我国土壤的分布规律,提出了以植被覆盖度和土壤光谱反射特性为基础的我国陆地背景地理分区的初步方案。该方案把我国划分为6个区和23个亚区。     

模拟酸雨对水稻叶片反射光谱特性影响的初步研究

本文研究了模拟酸雨对水稻叶片反射光谱特性的影响。结果表明：模拟酸雨会引起水稻叶片反射光谱的可见光区和中红外区的反射率升高，近红外区的反射率降低，相应的反射率比值也随之变化，一阶和二阶微分光谱蓝移，且上述变化的程度与酸雨的酸度、水稻的品种和生育期有关。这一结果也表明遥感技术监测酸雨污染作物是可行的。     

土壤钾含量高光谱定量反演研究

为了更快捷准确地进行土壤钾(K)含量的预测,基于土壤高光谱数据和化学元素分析数据,研究土壤光谱与土壤钾含量之间的定量关系.在对土壤原始光谱进行处理分析基础上,提取反射率(R)、反射率倒数的对数(log(1/R))、反射率一阶微分(R')和波段深度(BD)4种光谱指标,运用偏最小二乘回归方法建立相应的预测模型,并对模型进行检验.结果表明,波段深度是估算土壤钾含量最好的光谱指标,其建模精度超过0.85,均方根误差不超过0.1;全波段高光谱分辨率反射光谱具有快速有效估算土壤钾含量的潜力.     

利用偏最小二乘回归反演冬小麦条锈病严重度

通过人工田间诱发不同等级条锈病，在不同生育期测定冬小麦感染条锈病严重度和冠层光谱，采用偏最小二乘（PLS）方法建立了冠层光谱和条锈病严重度的回归模型。结果显示： PLS反演冬小麦条锈病严重度的效果很好，与文献［4］中提出的利用高光谱指数进行反演的结果相比，精度更高； 通过对PLS回归系数的分析，发现叶绿素吸收谷两边（505~550 nm，640~670 nm，680~700 nm）的一阶微分光谱可用于诊断冬小麦条锈病病情，条锈病病害冬小麦在叶绿素吸收谷两边的一阶微分光谱的绝对值会比健康冬小麦的更大。     

利用光谱反射率估算叶片生化组分和籽粒品质指标研究

对可见光至短波红外波段(350—2500nm)冬小麦田间冠层光谱反射率与叶片含氮量间的关系进行了相关分析。结果表明，820—1100nm波段的光谱反射率与叶片含氮量极显著正相关；1150—1300hm波段的光谱反射率与叶片含氮量显著正相关，以上两波段为叶片全氮的敏感波段。对各生育时期叶片全氮与其他生化组分的关系进行了回归分析，并建立了相关的回归方程，显著性检验结果表明，方程具有较高的可靠性。小麦的叶片含氮量可以估算其它生化组分及干物质指标含量，开花期叶片含氮量可用来估测籽粒蛋白质和干面筋等品质指标含量。     

利用光谱反射率估算叶片生化组分和籽粒品质指标研究

对可见光至短波红外波段(350—2500nm)冬小麦田间冠层光谱反射率与叶片含氮量间的关系进行了相关分析。结果表明，820—1100nm波段的光谱反射率与叶片含氮量极显著正相关；1150—1300hm波段的光谱反射率与叶片含氮量显著正相关，以上两波段为叶片全氮的敏感波段。对各生育时期叶片全氮与其他生化组分的关系进行了回归分析，并建立了相关的回归方程，显著性检验结果表明，方程具有较高的可靠性。小麦的叶片含氮量可以估算其它生化组分及干物质指标含量，开花期叶片含氮量可用来估测籽粒蛋白质和干面筋等品质指标含量。     

利用AMSR-E数据反演华北平原冬小麦单散射反照率

首先,基于冬小麦不同生育期的地面实测参数,构建了组成冬小麦冠层的、包括不同尺寸和含水量的介电散射体模拟数据库,并在此基础上建立冬小麦单散射反照率和光学厚度分别在C(6.925 GHz)和X(10.65 GHz)波段之间的依赖关系。然后,根据一阶参数化模型推导得到的微波植被指数MVIs(Microwave Vegetation Indices)的物理表达式,结合AMSR-E被动微波亮温数据,反演了华北平原地区冬小麦不同生育期的单散射反照率。与MODIS日归一化差异植被指数NDVI的对比结果显示:冬小麦单散射反照率与NDVI随时间的变化趋势大致相同,但在冬小麦的抽穗期到乳熟期,NDVI呈现饱和趋势,而单散射反照率对小麦的生长变化仍旧比较敏感,在指示冬小麦生长方面具有一定优势。     

条件植被温度指数的多尺度特性分析与应用

基于2008-2013年关中平原冬小麦单产数据和条件植被温度指数（vegetation temperature condition index,VTCI）的干旱监测结果,分别采用Morlet、Mexican Hat和Paul（m=4）3种非正交小波的功率谱分析冬小麦单产和主要生育期VTCI和单产的多时间尺度特征,借助小波互相关度进一步确定两个时间序列在时频域局部相关的密切程度,并以此构建主要生育期加权VTCI与冬小麦单产间的线性回归模型。结果表明,基于同一小波函数确定的主要生育期VTCI的振荡能量不同,而基于不同小波函数确定的同一生育期VTCI的主振荡周期及其与单产对应的小波互相关系数也存在差异,但各生育时期VTCI均存在着6 a左右的主振荡周期。基于Paul（m=4）小波的各生育时期VTCI与单产时间序列的多尺度相关性分析的效果最佳（R2=0.521）,且Paul（m=4）对应的模型的单产估测结果与实测单产的平均相对误差较之于Morlet和Mexican Hat小波函数获得的相对误差分别降低了0.78%和0.30%,表明Paul（m=4）小波函数能更好地用于干旱对冬小麦单产的影响评估研究,也可用于多尺度的干旱影响评估研究。     

利用夫琅和费暗线探测自然光条件下的植被光合作用荧光研究

自然光照条件下测定的植被反射的辐照度光谱既包括太阳光诱导荧光的发射光谱，又包括叶片对入射光的反射光谱，研究如何从冠层光谱中提取荧光光谱有十分重要的应用价值。首先，论文介绍了夫琅和费暗线探测自然光条件下的光合作用荧光的基本原理和方法。其次，将太阳大气的夫琅和费暗线拓展到地球大气，发现地物光谱仪测定的冠层辐照度光谱中688nm和760nm两个氧气吸收形成的夫琅和费暗线特征明显，且荧光较强，所以利用这两个波段的夫琅和费暗线可以探测自然光条件下的光合作用荧光。第三，研究并分析了夫琅和费暗线方法计算的688nm和760nm波段的荧光特性，结果表明该方法计算的荧光是可靠的，它与光合有效辐射（PAR）关系密切，复相关系数达到了0．9；冬小麦冠层荧光光谱在760nm和688nm波段的荧光大小基本相等，而地锦冠层荧光光谱在688nm波段的荧光强度是760nm的3倍左右，表明荧光光谱能够更加敏感地反映植被物种或生理生化状况的差别。最后，将夫琅和费暗线方法计算的688nm和760nm波段的荧光数据与激光脉冲调制荧光仪测定Fv／Fm荧光参数进行了统计分析，结果表明它与Fv／Fm存在极显著的负相关关系。所以利用夫琅和费暗线方法能够探测植被冠层荧光，并有可能替代传统的测定方法，并推广到航空航天平台，实现荧光探测从接触式点测量方式到航空或卫星遥感大面积监测的技术飞越。     

Crop polarisation behavior derived from Multi-Temporal adeos-polder data

This paper reports a study on multi-temporal polarized response of wheat crop from spaceborne ADEOS-POLDER sensor over a homogeneous wheat region of Punjab, India. Both the polarized as well as total reflectance of wheat were observed at different scattering angles for two spectral bands i.e. 670 nm and 865 nm during crop growth from November to April in rabi 1996-97 season. Results show that sun-target-viewing geometry plays an important role in polarization property. The top of atmosphere (TOA) polarized reflectance is found to decrease exponentially with increasing scattering angle. Polarized reflectance of crop was found to be an order of magnitude smaller in comparison to the total reflectance. An attempt was also made to model the observed polarized behavior over an agricultural area using a theoretical simplified crop reflectance model and accounting for atmospheric molecular (Rayleigh) contribution in the single scattering approximation. It was found that there was a decrease in the polarized reflectance at the grain filling (heading) stage of wheat crop. This is in accordance with ground- based observations and can be due to the reduction in the specular component of the reflected light during post-heading stage of the crop.     

Use of field reflectance data for crop mapping using airborne hyperspectral image

Recent developments in hyperspectral remote sensing technologies enable acquisition of image with high spectral resolution, which is typical to the laboratory or in situ reflectance measurements. There has been an increasing interest in the utilization of in situ reference reflectance spectra for rapid and repeated mapping of various surface features. Here we examined the prospect of classifying airborne hyperspectral image using field reflectance spectra as the training data for crop mapping. Canopy level field reflectance measurements of some important agricultural crops, i.e. alfalfa, winter barley, winter rape, winter rye, and winter wheat collected during four consecutive growing seasons are used for the classification of a HyMAP image acquired for a separate location by (1) mixture tuned matched filtering (MTMF), (2) spectral feature fitting (SFF), and (3) spectral angle mapper (SAM) methods. In order to answer a general research question “what is the prospect of using independent reference reflectance spectra for image classification”, while focussing on the crop classification, the results indicate distinct aspects. On the one hand, field reflectance spectra of winter rape and alfalfa demonstrate excellent crop discrimination and spectral matching with the image across the growing seasons. On the other hand, significant spectral confusion detected among the winter barley, winter rye, and winter wheat rule out the possibility of existence of a meaningful spectral matching between field reflectance spectra and image. While supporting the current notion of “non-existence of characteristic reflectance spectral signatures for vegetation”, results indicate that there exist some crops whose spectral signatures are similar to characteristic spectral signatures with possibility of using them in image classification.     

20世纪末华北地区冬小麦物候期监测及时空格局分析

基于1983—1999年7 d时间分辨率5 km空间分辨率的AVHRR传感器数据,利用曲线特征点的物候监测方法,反演获得华北地区冬小麦关键物候期并分析其时空演变规律.结果表明:1)冬小麦的拔节期、抽穗期和成熟期主要集中在60—100、105—125和120—155 d.冬小麦物候期空间格局特征和纬度相关,纬度每升高一度...