农作物冠层BRF及波谱的计算机模拟及其验证

计算机模拟模型是以植被真实三维结构场景为基础,模拟植被冠层的辐射特性。本文以冬小麦为例,利用辐射度方法模拟了冬小麦在不同LAI下的冠层二向反射因子（BRF）及其波谱特征;为了验证并评价模拟数据的质量,将模拟冠层BRF数据与实测数据进行了比较,并将计算机模拟波谱数据与Prosail模型模拟波谱及实测波谱进行了比较。通过研究可以得到以下结论：（1）LAI是植被群体重要的结构参数,对于同一品种的植被可以用LAI来描述植被的生长进程;（2）基于计算机模拟的冠层BRF数据具有一定的可靠性,能够满足实际研究的需要,因此可以把计算机模拟冠层BRF数据作为实测数据用于研究,以弥补因各种条件限制无法得到实测数据的缺憾。     

高光谱数据与水稻指数及叶绿素密度的相关分析

分析了北京大屯科技站不稻叶面积指数（ＬＡ）、叶绿素密度（ＣＨ．Ｄ）与高光谱分辨率遥感数据在整个生育期内的变化过程。利用微分技术处理不稻群体反射光谱以减少土壤等低频背景光谱噪音的影响。通过单相关分析和逐步回归方法研究不稻ＬＡＩ、ＣＨ．Ｄ分别与光谱反射率、反射率的一阶微分光谱的相关关系,并建立预测回归方程。结果表明,微分技术能够改善数据与ＬＡＩ、ＣＨ．Ｄ的相关性,ＣＨ．Ｄ与光谱数据的相关明显优于同ＬＡ     

龙口市污水灌区与清水灌区冬小麦植被指数变化差异分析

为了研究污水灌溉对农田土壤环境和作物生长的影响,利用2008—2009年10期中国环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A)CCD1影像数据,结合龙口市冬小麦物候期的变化特征提取出单一冬小麦种植区,反演了冬小麦生长期内的归一化植被指数(NDVI),并对污水灌区和清水灌区的冬小麦植被指数进行比对分析,最后结合相应的重归一化植被指数(RDVI)和叶面积指数(LAI)进行验证。结果显示,研究区内污水灌溉已经对灌区的作物生长产生了一定的影响,污水灌溉区作物的生长状况明显不及清水灌溉区作物长势。说明污水灌溉会导致冬小麦的长势变差,对污水排放的控制和污水无污化处理势在必行。     

锡林浩特草原区域MODIS LAI产品真实性检验与误差分析

本文研究了LAI产品真实性检验的指标和方法,建立了LAI产品真实性检验的流程,将遥感产品真实性检验误差分解为模型误差、数据定量化差异和尺度效应3个方面。以内蒙古锡林浩特草原为研究区,结合实测数据和Landsat TM数据建立NDVI-LAI模型,得到LAI验证参考"真值",据此"真值"按照本文的流程对MODIS LAI产品进行验证,分析了研究区MODIS LAI产品真实性检验的误差来源。研究表明,该研究区的MODIS LAI(MOD15A2)产品相对高估约25%。各个误差因素中,LAI遥感模型差异对于结果影响最大,MODIS LAI模型高估了该区域草地LAI(高估约44.2%);数据定量差异的影响也比较大,MODIS地表反射率数据与Landsat TM地表反射率数据的差异造成了约16.2%的低估;尺度效应的影响较小,造成约3.1%的低估,其中NDVI-LAI模型的尺度效应带来2.4%的低估,NDVI数据的尺度效应造成约0.7%的低估。     

Variations in fraction of absorbed photosynthetically active radiation and comparisons with MODIS data in burned black spruce forests of interior Alaska

Absorption of photosynthetically active radiation (PAR) by vegetation was observed in two burned black spruce forests, one and seven years after wildfire, in interior Alaska along with several vegetation properties. This study considered PAR absorption by mosses by examining the relationship between PAR transmittance and fractional coverage of green vegetation. Our results suggest that mosses absorbed a considerable fraction of incoming PAR in the burned forests, which cannot be neglected in evaluating the fraction of absorbed PAR (FPAR). The relationships between FPAR and vegetation indices revealed that enhanced vegetation index (EVI) may be suitable for expressing the spatial and temporal variation of FPAR, regardless of stand age after wildfire. The comparison between the observed in situ FPAR and FPAR derived from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS FPAR) clearly showed that MODIS FPAR was highly overestimated. The most likely reason for the overestimation was identified as misclassification of land cover type. The current regional estimation of photosynthesis in boreal region based on the light-use efficiency approach and MODIS FPAR is probably overestimated, and an accurate distribution of FPAR is desired for clarifying the regional carbon exchange in boreal forests.     

基于HJ-CCD影像数据的新疆喀纳斯自然保护区植被叶面积指数估算

以新疆喀纳斯自然保护区为研究区, 评价了HJ-CCD影像数据估算植被叶面积指数(LAI)的能力及其对大气订正方法的敏感性.分别利用6S和FLAASH两种大气订正模型对HJ1B-CCD2影像进行大气订正, 比较了大气订正前后不同植被(针叶林、阔叶林、针阔混交林和草地)反射率及5种植被指数(NDVI、SR、SAVI、MSR、ARVI)的变化, 进而建立了4种植被类型LAI的遥感估算模型, 分析了LAI的空间分布格局.结果表明: 大气订正后可见光波段的反射率降低, 6S模型订正后近红外波段的反射率上升, 而FLAASH模型订正后近红外波段的反射率下降.大气订正后NDVI、SR、SAVI(除针叶林)和MSR上升, 6S模型订正后所有植被类型的ARVI下降, FLAASH模型订正后针叶林和阔叶林的ARVI上升, 而针阔混交林和草地的ARVI下降.大气订正提高了植被指数与LAI之间的相关性, 对于针叶林、阔叶林、针阔混交林而言, 利用6S模型订正后的反射率建立的模型优于FLAASH模型订正后的反射率建立的模型, 而草地却相反.经过大气订正, HJ-CCD影像数据可应用于研究区植被LAI的估算.研究区LAI的高值集中在湖泊和河流附近, 低值分布在海拔较高处.山地森林草原带、亚高山森林带、高山灌丛草甸带、高山冻原、高山冰川带植被LAI的平均值分别为2.6、3.9、2.5、1.7和1.0.     

A methodology for estimating Leaf Area Index by assimilating remote sensing data into crop model based on temporal and spatial knowledge

In this paper,a methodology for Leaf Area Index(LAI) estimating was proposed by assimilating remote sensed data into crop model based on temporal and spatial knowledge.Firstly,sensitive parameters of crop model were calibrated by Shuffled Complex Evolution method developed at the University of Arizona(SCE-UA) optimization method based on phenological information,which is called temporal knowledge.The calibrated crop model will be used as the forecast operator.Then,the Taylor′s mean value theorem was applied to extracting spatial information from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) multi-scale data,which was used to calibrate the LAI inversion results by A two-layer Canopy Reflectance Model(ACRM) model.The calibrated LAI result was used as the observation operator.Finally,an Ensemble Kalman Filter(EnKF) was used to assimilate MODIS data into crop model.The results showed that the method could significantly improve the estimation accuracy of LAI and the simulated curves of LAI more conform to the crop growth situation closely comparing with MODIS LAI products.The root mean square error(RMSE) of LAI calculated by assimilation is 0.9185 which is reduced by 58.7% compared with that by simulation(0.3795),and before and after assimilation the mean error is reduced by 92.6% which is from 0.3563 to 0.0265.All these experiments indicated that the methodology proposed in this paper is reasonable and accurate for estimating crop LAI.     

对Beer-Lambert定律间接测量森林LAI的误差低估分析

 叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是表征植被冠层结构的核心参数。在地面对LAI的间接测量是遥感反演算法验证和改进的重要手段,而目前基于Beer-Lambert定律的森林LAI地面间接测量方法存在着严重的低估问题。本文通过理论分析,指出Beer-Lambert定律在应用到森林叶面积指数测量时,LAI低估的根本原因来源于叶面积体密度、消光路径及叶倾角投影G函数在空间上的不均匀性,并定量评估了冠层非随机分布对LAI测量结果的影响,发现植被冠层的非随机分布会对LAI的测量带来20％~40%的误差。这一结论,对于Beer-Lambert定律的简单修正应用于森林LAI间接测量时仍存在着较大的局限性,尚未能根本上解决LAI的低估问题,故间接测量LAI的理论和方法需进一步深入研究。     

黄河中游大尺度植被冠层截留降水模拟与分析

大尺度植被冠层截留降水定量模拟与分析是揭示气候变化和人类活动综合作用下区域水沙变化机制的重要研究内容。以黄河中游河口镇—潼关区间为研究区,耦合遥感等空间数据与植被冠层截留估算模型,利用地面监测站点降水数据、GLASS叶面积指数遥感数据和地理信息空间分析技术,定量模拟和分析了黄河中游20 世纪80 年代以来3 个典型年份的地表植被冠层截留降水及其时空变化特征。结果表明：（1） 20 世纪80 年代以来,特别是20 世纪末实施的生态修复政策,使得黄河中游叶面积指数显著提高,植被覆盖明显改善;（2） 20 世纪80 年代以来,黄河中游植被冠层截留降水发生了明显变化,1984 年、1995 年和2010 年研究区植被冠层截留降水量区域年平均值分别为19.57 mm、13.66 mm和22.68 mm,截留率分别为3.24%、3.32%和4.92%;（3） 黄河中游植被冠层截留降水特征及其变化受降水特征和地表植被状况共同影响,其中,降水量是决定植被冠层截留降水特征的控制性因素,而叶面积指数年际变化是影响植被冠层截留降水特征变化的主要因素。     

高速公路对路域植被影响的时空格局变化遥感监测分析

植被覆盖动态监测及与生态环境变化的响应是陆地生态系统研究的重要内容。本文以不同时相的TM遥感影像为信息源,基于辐射传输模型PROSAIL,定量反演了不同时期高速公路两侧植被的叶面积指数,以反演的叶面积指数作为路域植被生长状况的监测指标,对实验区路域植被的生长状况进行了时空格局变化的动态遥感监测研究。研究表明：① 在时间上,路域植被的生长状况在高速公路开通后5年内受到的影响相对最大;② 在空间上,离高速公路越近的植被的生长状况受到的影响较大,离高速公路越远的植被的生长状况受到的影响较小。本研究为监测路域植被生长状况提供了重要的方法,为指导路域植被的生态恢复与保护提供了可靠的基础。