小波分析在大豆叶绿素含量高光谱反演中的应用

实测了不同水肥耦合作用下,大豆冠层高光谱反射率与叶绿素含量数据,并对光谱反射率、微分光谱与叶绿素含量进行了相关分析;采用叶绿素A与叶绿素B诊断波段构建了特定植被指数,对叶绿素A、叶绿素B进行了回归分析;采用小波分析对采集的光谱反射率数据进行了能量系数提取,并以小波能量系数作为自变量进行了单变量与多变量回归分析,对叶绿素含量进行估算。经分析发现,叶绿素A、B与光谱反射率在可见光与近红外波段的相关系数的变化趋势基本一致——在可见光谱波段呈负相关,近红外波段呈正相关,红边处相关系数由负变正。特定色素植被指数可以提高大豆叶绿素估算精度(R2>0.73);小波能量系数回归模型可以进一步提高大豆叶绿素含量的估算水平,以一个特定小波能量系数作为自变量的回归模型,叶绿素A其确定性系数R2为0.76,叶绿素B为0.78;以4变量与9变量回归分析结果表明:叶绿素A实测值与预测值的线性回归确定性系数R2分别大于0.85、0.89;叶绿素B实测值与预测值的线性回归确定性系数R2分别为0.86、0.90。

基于全极化SAR数据反演鄱阳湖湿地植被生物量

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,也是国际重要湿地,对其生物量进行长期、定量研究有助于加深对区域乃至全球碳平衡的认识和理解。探讨了利用全极化Radarsat-2 C波段数据反演鄱阳湖湿地生物量的方法,改进了基于辐射传输理论的植被冠层散射模型,模拟了C波段湿地植被的后向散射特性;应用极化分解技术,增加了神经网络训练数据,并用后向反馈神经网络(BP)算法,反演了鄱阳湖湿地植被生物量。与野外实测生物量比较的结果表明:将改进的植被冠层散射模型和全极化分解得到的后向散射系数引入BP神经网络算法,能够有效降低生物量反演误差;全极化SAR数据在生物量反演中具有广阔的应用前景。

土壤湿度微波遥感中的植被散射模型进展

植被是影响土壤湿度微波遥感的主要因子之一 ,土壤湿度微波遥感的主要任务是建立含有地表土壤信息的植被散射模型。植被散射模型的建立可以加深我们对植被和土壤散射机理的理解 ,定量分析微波后向散射系数对于各散射因子的敏感性 ,进一步达到从微波信息中反演土壤湿度的目的。植被散射模型可以分为经验模型、理论模型和半经验模型 ,各种模型都具有自身的优势和局限性。经验模型的建立比较简单 ,但一般只适用于特定的研究条件 ;理论模型是建立在一定的理论基础之上 ,对于散射因子的考虑相对详尽 ,但一般模型比较复杂 ,反演相对困难 ;半经验模型是前两者的折中 ,它以植被的宏观物理参量为模型参数 ,模型的建立和反演比理论模型要简单 ,但同时也具有一定的理论依据 。

植被方向散射系数及双向散射系数的理论计算

根据植被组分的光学特性及植被的形态结构,考虑入射线和出射线的方位角,对植被的方向散射系数和双向散射系数进行了理论推导,给出了解析表达式,并进行了论证.其结果补充了Goudriaan及Verhoef的不足之处,并将Suits的结果作为一种特例包含在内.

玉米冠层反射率及净辐射的估算

在１９９４～１９９６ 年３ 年田间试验的基础上，根据玉米生长状况及其冠层特征，选取包括植株高度、平均叶面积密度、农田覆被率等植物特征量组成的植物参数——综合植被系数来描述玉米冠层状况，并以此为因子来估算玉米冠层的反射率和净辐射，取得了良好的结果．

植被形态结构对其双向反射率的影响

文中根据所推导的植被方向散射系数和双向散射系数的解析表达式，具体计算了植被双向反射率．通过计算考查了植被形态结构对其双向反射率的影响，并讨论了植被双向反射率随太阳方位及观测方位变化的规律．

极化脉冲回波Mueller矩阵解数值模拟非均匀分层植被与其中随机目标的散射

给出非均匀分层、各层各异非球形粒子随机介质在脉冲波入射下矢量辐射传输方程(VRT)的Mueller矩阵解 ,数值模拟了极化后向散射。极化脉冲回波强度的时滞方式及其时间上的变化能表明体散射和面散射机制 ,它描绘了随机散射粒子层的非均匀分布。由此 ,讨论了植被层有效高度的确定 。

冬小麦苗期叶绿素含量检测光谱学参数寻优

光谱分析技术是作物生长检测的主要手段,为了解决大田漫反射采集所造成的光谱基线漂移和偏移问题,研究采集了冬小麦冠层325~1 075 nm范围反射光谱,采用多元散射校正方法对小麦原始光谱进行预处理。采取遗传算法对光谱特征参数寻优并结合相关分析结果,选取486、599、699和762 nm波长处反射率值并组合计算了RVI(ratio vegetation index),DVI(difference vegetation index),NDVI(normalized difference vegetation index)和SAVI(soil-adjusted vegetation index)共12个植被指数,分析了各植被指数与叶绿素含量值之间的相关关系,结果显示:DVI和SAVI可抑制苗期土壤背景干扰并对叶绿素含量响应较为敏感,与叶绿素含量相关性最优的参数分别为DVI(762,599)、SAVI(762,599)、DVI(762,699)和SAVI(762,699),与叶绿素含量的相关系数都达到0.6以上。基于相关性最优光谱植被指数DVI(762,699)和SAVI(762,599)利用最小二乘-支持向量回归建立冬小麦叶绿素含量预测模型,建模集决定系数为0.681,验证集决定系数为0.611。该模型可用于无损检测冬小麦苗期叶绿素含量,以期为后续施肥决策提供支持。

天山北坡山地森林林地产流产沙特征及其影响因素分析

植被格局对森林水文过程具有显著影响,量化分析不同植被类型的产流产沙特征很有必要。为探究天山北坡山地森林产流产沙特征及其影响因素,依托天山森林生态系统定位研究站,依据植被类型、林龄、郁闭度、人工林管理方式设置坡面径流观测场14个,对产流产沙量进行了6年的观测,结果表明,(1)各样地的产流产沙量在年际间随降雨量有较大差异,降雨量与产流产沙量相关性显著,并呈多项式分布(P=0—2.952×10^(−7),r^(2)=0.464—0.698)。(2)裸地的径流系数和土壤侵蚀模数显著高于其他植被类型(P<0.001);天然林中,径流系数和土壤侵蚀模数随着林龄的增加逐渐降低,而土壤侵蚀模数在不同林龄间无显著差异(P=0.089—0.984);郁闭度为0.2和0.4的天然中龄林的径流系数和土壤侵蚀模数显著大于郁闭度为0.6和0.8的天然中龄林(P=0.008—0.021);人工林不同管理方式间产流产沙量无显著差异(P=0.657—0.992)。(3)通过径流系数、侵蚀模数与其影响因素的冗余分析和相关性分析,平均株高、郁闭度、冠层活枝高,土壤饱和含水量、枯落物厚度与径流系数和土壤侵蚀模数呈现负相关关系(r=−0.592—−0.842)。研究结果表明在天山北坡山地森林植被覆盖会减小森林地表径流量,而乔木林具有良好的减沙效果。

浸没及非浸没刚性短植被群对异重流运动特性的影响

利用一系列开闸式异重流水槽实验,研究不同刚性植被密度和高度的短植被群对异重流运动的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,利用粒子图像测速技术得到局部流场结构.结果表明:异重流在流经短植被群时,存在半椭圆形和三角形两类轮廓;运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,并且植被可以显著促进异重流从坍塌阶段向自相似阶段的转换,但对坍塌阶段的头部速度影响不显著.当无量纲植被高度(植被高度与水深比值)为0.21,植被密度为18.0%时,异重流会同时沿着植被上方及植被间运动,植被上方的异重流密度较植被内大,因此会产生瑞利-泰勒不稳定性.此外,异重流在植被区域流动的掺混系数随头部位置而递减,且较无植被情况小.在流入浸没式植被后,异重流会以植被顶部为新的"底部边界",形成负涡度带,但植被顶端的异重流仍与环境水体发生掺混形成正涡度带.植被会减缓异重流运动速度,进而降低正涡度带的强度,并且植被密度与正涡度的抑制程度成正相关.

光学与SAR遥感协同反演土壤水分研究进展

土壤水分在农业生产应用中有着不可替代的作用,农业用水、估产、旱情监测等都与土壤水分有着密不可分的关系,因此进行土壤水分变化的监测具有重要意义。目前遥感技术是进行大区域土壤水分变化监测的有效手段。光学遥感对地表植被组份信息敏感,微波可穿透植被获取植被下土壤水分信息,但合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)的后向散射对土壤水分变化的敏感性受冠层影响较大。在植被覆盖区,微波遥感会受到地表粗糙度和植被的双重影响,因此采用光学和SAR遥感协同的策略能更好地去除植被和粗糙度影响,提高土壤水分的反演精度。总结了目前光学与SAR遥感协同反演土壤水分研究中常用的遥感模型和反演方法,并对研究中存在的困难与未来发展进行了总结与展望。

相邻目标电磁散射特性的研究

本文研究了植被环境中相邻两目标的电磁散射问题.在互易原理的基础上,得到了计入相邻目标二次散射的散射场的积分表达式.推导得出了相邻有限长导体圆柱的二次散射场的闭式解,分析计算了其前向散射特性,并与矩量法的数值结果进行了比较.

Retrievals of underlying surface roughness and moisture from polarimetric pulse echoes in the specular direction through inhomogeneous vegetation canopy

The time-dependent Mueller matrix solution of vector radiative transfer for inhomoge-neous random media of non-spherical scatterers is presented. Co-polarized and cross-polarized bistatic scatterings for a polarized pulse incidence are numerically simulated. Numerical results well demonstrate volumetric and surface scattering mechanism and depict the inhomogeneous fraction profile of random scatterers. The peak tails in polarized echoes due to wave reflections from the underlying surface can be identified. Its co-polarized peaks in the specular direction are applied to simultaneous retrievals of the underlying surface roughness and moisture in the pres-ence of inhomogeneous vegetation canopy.

基于Landsat TM和ENVISAT ASAR数据的鄱阳湖湿地植被生物量的反演

作为湿地生态系统的重要组成部分,湿地生物量是衡量生态系统健康状况的关键指标。由于光学遥感对植被垂直分布探测的局限,使得植被指数反映生物量变化的灵敏度下降。利用C波段SAR反演生物量时,对于低中等生物量,含水量高的湿地地表的后向散射对总雷达后向散射的影响会在雷达图像上出现类似光学遥感中"异物同谱"的现象。本文用光学遥感中NDVI、RVI和DVI三种植被指数对生物量变化的敏感性,利用改进的MIM-ICS模型,对湿地植被各散射分量进行模拟分析,建立符合湿地植被类型的各散射分量模拟数据库,以LandsatTM和Envisat ASAR交替极化数据为基础,选择植被指数DVI=0.45为阈值,将湿地植被分割为低叶片密度植被区和高叶片密度植被区,分别应用统计回归模型和半经验微波散射模型,对两个区域植被生物量进行反演。最后,得到整个鄱阳湖湿地生物量为2.1×109kg。研究表明,对于生物量动态范围较大的地区,采用光学和雷达遥感相结合可以有效地提高湿地植被生物量反演的精度,克服光学遥感探测植被垂直分布能力有限和雷达遥感受背景影响大的不足。

3维场景植被冠层多波段模拟研究进展

植被冠层辐射散射信号中蕴含了丰富的植被信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现植被结构等生物物理参数的遥感定量反演。迄今为止,可见光/近红外、热红外、微波波段均已发展了大量的模型,这些模型在参数反演方面各具优势,但不同波段的模型又有其自身的局限性。跨波段的联合模拟可以实现模型间的优势互补,进而提高地表参数的反演精度,近年来已有学者专注于可见光/近红外与热红外模型,热红外与微波模型,主被动微波模型,以及可见光/近红外与微波模型的联合模拟和协同反演,但多是两两联合,且主要是基于经验模型或解析模型。基于3维场景的植被冠层辐射散射特性模拟模型可以细致刻画不同组分的结构和空间分布特征,对于由植被结构引起的多次散射和组分比例变化的考虑具有优势。本文主要介绍了3维模拟模型在可见光/近红外、热红外和微波波段,以及跨波段联合模拟方面的研究进展,从模型机理、场景统一、以及组分理化参数的统一的角度,探讨了构建多波段3维模拟系统的可行性,展望了多波段3维模拟模型的发展趋势。