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。     

基于高光谱数据和RBF神经网络方法的草地叶面积指数反演

基于中国农业科学院在呼伦贝尔草原实测的120组草地冠层光谱反射率及相应的叶面积指数(LAI)数据,在进行主成分分析(PCA)实现降维处理的基础上,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络方法对草地LAI进行了高光谱反演研究.PCA结果表明,前9个主成分的累积贡献率达到了99.782％,能包含原光谱数据的绝大部分信息.将120组LAI及相应的9个主成分样本数据随机分为校正集数据(90组)和预测集数据(30组),分别用于神经网络模型的建立和LAI的预测.所构建的神经网络模型的模拟结果表明,RBF神经网络模型对校正集样本的模拟准确率达到100％(RMSE =0.009 6,R2 =0.999);预测集样本的实测LAI和模拟LAI之间的均方误差和决定系数分别为0.218 6和0.839,取得了较好的模拟效果,有效提高了传统的多元线性回归方程(RMSE =0.416 5,R2=0.570)的计算精度.     

棉花各生育期高光谱数据与叶片生物物理生物化学量的相关分析

利用高光谱非成像光谱 (辐射 )仪对北疆棉花 4个生育期 (蕾期、花期、铃期、吐絮期 )的叶片及冠层进行了5°FOV室内、野外 ,2 5°FOV野外高光谱遥感测定 ,试验表明北疆棉花具有绿色植物所特有的反射光谱曲线特征。本文分析了棉花在不同生育期特征光谱变化规律以及棉花叶面积指数 (LAI)与叶绿素 (CH .D)含量、叶片全氮 (TN)含量在整个生育期的变化规律和它们之间的关系 ,应用光谱一阶微分分析技术 ,清晰地描述棉花“红边”变化趋势的特征。通过监测作物生育期内的光谱变化 ,研究作物的反射光谱与叶面积指数 (LAI)、叶绿素密度 (CH .D)等农学参数之间的关系 ,使人们能够定性描述和定量分析作物的生长与遥感光谱数据之间的关系 ,促进高光谱分辨率遥感技术在作物的生长监测和产量估测中的应用。     

芦苇地叶面积指数的遥感反演

 叶面积指数（LAI）是植被冠层结构的一个重要参数，它的改变标志着植被发生了生物物理变化。本文提出了一种利用混和模型 从TM图像上获取叶面积指数的方法。首先，利用冠层反射率（FCR）模型计算并得到查找表； 然后，利用从查找表得到的统计关系进行 LAI制图。试验表明，该方法简单易行，并可较精确地用来反演芦苇地的叶面积指数。     

基于NDVI与LAI的水稻生长状况研究

在水稻反射光谱特性与水稻生物参数关系的支持下 ,以吉林省德惠市夏家点镇为研究区 ,探讨了一条基于TM遥感影像反演得到的归一化植被指数 (NDVI)与地面观测数据叶面积指数 (LAI)的水稻生长状况的研究途径 ,并利用NDVI以及LAI对该区 2 0 0 0年和 2 0 0 1年的水稻生长状况进行了分析研究。     

Leaf area index retrieval using gap fractions obtained from high resolution satellite data: Comparisons of approaches,scales and atmospheric effects

This study is aimed at demonstrating the feasibility of the large scale LAI inversion algorithms using red and near infrared reflectance obtained from high resolution satellite imagery. Radiances in digital counts were obtained in 10 m resolution acquired on cloud free day of August 23, 2007, by the SPOT 5 high resolution geometric (HRG) instrument on mostly temperate hardwood forest located in the Great Lakes – St. Lawrence forest in Southern Quebec. Normalized difference vegetation index (NDVI), scaled difference vegetation index (SDVI) and modified soil-adjusted vegetation index (MSAVI) were applied to calculate gap fractions. LAI was inverted from the gap fraction using the common Beer–Lambert's law of light extinction under forest canopy. The robustness of the algorithm was evaluated using the ground-based LAI measurements and by applying the methods for the independently simulated reflectance data using PROSPECT + SAIL coupled radiative transfer models. Furthermore, the high resolution LAI was compared with MODIS LAI product. The effects of atmospheric corrections and scales were investigated for all of the LAI retrieval methods. NDVI was found to be not suitable index for large scale LAI inversion due to the sensitivity to scale and atmospheric effects. SDVI was virtually scale and atmospheric correction invariant. MSAVI was also scale invariant. Considering all sensitivity analysis, MSAVI performed best followed by SDVI for robust LAI inversion from high resolution imagery.     

用LAI监测植被信息分析飞蝗生境

东亚飞蝗自20世纪80年代以来在我国再度猖獗危害。本文选择国家一类蝗区河北省黄骅市为实验区,用植被冠层孔隙度反演了该地区不同植被的LAI。从光学模型建立机理及数量分析的角度,分析和对比了四种由植被冠层孔隙度反演LAI的算法。结果表明,在四种估算方法中LAI-2000算法最适用于研究区植被LAI的估算。为了验证分析结果,用实测的植被盖度与四种算法反演的LAI进行了拟合。发现LAI与植被盖度之间呈明显的正相关关系,且LAI-2000算法最能反映研究区的植被特征。在此基础上,建立了LAI与飞蝗发生面积的关系模型,发现两者之间呈负线性相关,即随着LAI的减小,飞蝗的发生面积呈线性增大。研究结果为实时、快速、大面积监测蝗虫种群动态奠定了基础,并为合理、经济地防治蝗灾提供了科学依据。     

Estimation of forest LAI by inverting canopy reflectance models and multi-angle imagery

Computer simulation models have seldom been applied for estimating the structural and biophysical variables of forest canopy. In this study, an approach for the estimation of leaf area index (LAI) using the information contained in hyperspectral, multi-angle images and the inversion of a computer simulation model are explored. For this purpose, L-systems combined with forest growth model ZELIG were applied to render 3-D forest architectural scenarios. The Radiosity-graphics combined model (RGM) was used to estimate forest LAI from the Compact High-Resolution Imaging Spectrometer/Project for On-Board Autonomy (CHRIS/PROBA) data. LAI inversion was performed using the look-up table (LUT) method. The estimated LAI was evaluated against in situ LAI measurement and compared against the LAI predictions from CHRIS data obtained using the Li-Strahler geometric-optical canopy reflectance model (GOMS). The results indicated that the method used in this study can be efficient strategy to estimate LAI by RGM model inversion.     

GLASS叶面积指数产品验证

在国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目的支持下,已利用MODIS和AVHRR地表反射率数据生成了1981年—2012年的GLASS(Global LAnd Surface Satellite)叶面积指数(LAI)产品。本文从两个方面对GLASS LAI产品的质量进行分析和评价:(1)与现有的全球LAI产品进行比较,分析GLASS LAI产品的时空变化特征;(2)利用LAI的地面测量数据,对GLASS LAI的精度进行评价。研究结果表明:GLASS LAI与CCRS LAI在高纬度和赤道附近区域的差异较大;相对而言,GLASS LAI与MODIS(主算法反演)和CYCLOPES LAI在空间分布上具有更好的一致性;GLASS和CYCLOPES LAI的时间序列曲线连续平滑,MODIS LAI在一些区域的植被生长季节存在剧烈的跳跃;与LAI的地面测量数据进行比较,GLASS LAI产品的R2为0.76,RMSE为0.51,结果明显优于MODIS和C YCLOPES LAI产品。     

1982-2015年全球植被变化及其与温度和降水的关系

采用1982-2015年的GLASS-LAI (Global Land Surface Satellite-Leaf Area Index )遥感数据和CRU(Climatic Research Unit)气象数据,利用Mann-Kendall趋势法分析了过去34 a全球9种植被的叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)时空变化特征;使用相关分析和逐步线性回归分别探讨了全球9种植被LAI与降水、温度的年际与月关系。结果表明：① 全球植被总体呈现绿化趋势,其中变化较大的是草原、稀树草原、常绿阔叶林和多树草原;在植被生长的绿化和褐化趋势中,面积占比最大的植被类型均为草原,说明草原生态系统易受环境因素的影响。② 从年际关系看,草原和开放灌丛的LAI与年均降水多呈正相关关系,而温度对不同纬度植被的LAI存在正负2种影响。其原因为温度升高对中低纬度的植被生长有抑制作用,而对高纬度地区植被生长有促进作用。③ 从年内关系看,南半球降水和温度共同作用于植被的生长;而北半球除常绿阔叶林的生长与温度关系更为紧密外,其它类型植被的生长主要受降水影响。④ 逐步线性回归结果表明,当月温度的升高对常绿阔叶林、混交林和农作物的生长具有促进作用,而多树草原和草原2种植被的生长受当月降水的影响最为显著。