冬小麦不同生育时期叶面积指数反演方法
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冬 小 麦 冠 层 光 谱 反 射 率 的 测 定 采 用 美 国 ＡＳＤ 公 司 的 ＡＳＤ ＦｉｅｌｄＳｐｅｃ Ｐｒｏ ＦＲ 型地物光谱仪，该光谱 仪 的 光 谱 采 样 间隔分别为 １．４ｎｍ（３５０～１ ０００ｎｍ）和 ２ｎｍ（１ ０００～２ ５００ ｎｍ）。试验测定了冬小麦主要生育 期 （起 身 期、拔 节 期、抽 穗 期、开花期和灌 浆 期）的 冠 层 光 谱 反 射 率。选 择 试 验 地 块 中 小麦覆盖基本均一的地点作 为 采 样 点，在 晴 朗 无 云、风 力 很 小、距地 表 １．３ ｍ、太 阳 直 接 照 射 且 在 北 京 时 间 １０：３０— １４：００进 行 测 量 ，视 场 角 ２５°，视 场 范 围 内 重 复 测 定 ２０ 次 ，各 点测定前后立即进 行 参 考 板 校 正，将 ２０ 次 反 射 率 值 取 平 均 得到研究区冬小麦冠层光谱反射率值。 １．２．２ 叶 面 积 指 数 测 定
haboudane等分析了包括ndvi和tvi等在内的八种植被指数的光谱敏感性并提出了两个估算作物冠层叶面积指数的新型植被指数yang等比较了多个植被指数估算玉米lai的精度得出植被指数反演玉米lai时evi的反演结果优于ndviverrelst等利用jchrisproba数据分析了ndvi和sri以及sipi等11种宽波段和窄波段植被指数的角度敏感性研究得出包括ndvi和pri在内的七种植被指数对冠层反射率的角度效应表现敏感hasegawa等将ndvi和植被热暗点指normalizedhotspotsignaturevegetationindex研究得出利用多角度遥感数据和考虑植被的热点信息可以显著提高植被lai的反演精度
目前遥感反演 植 被 ＬＡＩ的 方 法 主 要 有 基 于 植 被 指 数 的 经验统计法和基于辐射传输模型的物理 模 型 法 等。经 验 统 计 法和物理模型法有本质区别但又具有 互 补 性［３］。物 理 模 型 法 虽然具有较强的机 理 性 和 通 用 性，但 是 存 在 病 态 反 演 问 题， 同时所需的输入参数多，计算 代 价 大，在 应 用 时 需 要 考 虑 模 型的不确定性和反演方法的合理性，在一 定 程 度 上 限 制 了 该 法 的应用。基于植被指数的 ＬＡＩ经验统计反演法虽然缺乏较 强的机理性，但它是将遥感观测和地面观 测 相 连 接 的 一 种 重
１ 实 验 部 分
１．１ 试 验 设 计 建模试 验 于 ２００２ 年—２００３ 年 在 北 京 市 昌 平 区 （４０°０９′
６５″—４０°１２′２６″Ｎ，１１６°１２′２３″—１１６°２１′４４″Ｅ）和 顺 义 区 （４０° ０５′４２″—４０°１２′７７″Ｎ，１１６°３８′２１″—１１６°４６′０６″Ｅ）试 验 基 地 进
光谱植被指数 是 植 被 冠 层 反 射 率 在 电 磁 波 谱 不 同 波 段 （大部分是在可见光和红外波段）的 数 学 运 算 的 结 果［２］。如 归 一化 植 被 指 数 （ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＤ－ ＶＩ）［１０］、比 值 植 被 指 数 （ｓｉｍｐｌｅ ｒａｔｉｏ ｉｎｄｅｘ，ＳＲ）［１１］、增 强 型 植被指数（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＥＶＩ）［１２］等。植 被 指 数 反演 ＬＡＩ通常会受以下几 方 面 的 影 响：（１）植 被 叶 片 的 光 学 性质；（２）透过植被 叶 片 层 与 土 壤 背 景 相 互 作 用 的 太 阳 辐 射 透过率；（３）各种大气成分与 太 阳 辐 射 的 相 互 作 用；（４）植 被 冠层结构、观 测 的 几 何 光 学 条 件 等，因 而 基 于 植 被 指 数 的 ＬＡＩ反 演 往 往 具 有 时 效 性 、地 域 性 。随 ［９，１３，１４］ 着 生 育 期 的 推 进，冬小麦 ＬＡＩ随时间动态变 化，在 不 同 观 测 条 件、不 同 植 被覆盖度下小麦冠层反射率存在差异，不 同 波 段 光 谱 反 射 率 （植被指数）的敏感因子和干 扰 因 素 也 不 同。因 此，各 个 植 被 指数对不同作物覆盖度的响应有差别，使 得 不 同 植 被 指 数 的 ＬＡＩ反演能力不同。植被 ＬＡＩ反演时易受土壤背景和大气条 件的影响，其中有多个 植 被 指 数 在 作 物 覆 盖 度 较 高 时 （植 被 覆盖度超过８０％）会 出 现 信 息 饱 和 （其 中 ＮＤＶＩ最 为 典 型 ）， 无 法准确反映出作物各个生育期 ＬＡＩ的变化状况。另外叶面 积指数与植被指数间的相关关系式并非 唯 一 确 定，构 建 的 关 系受到植被叶片 其 他 生 化 参 数 的 影 响 ，如 叶 绿 素 含 量 等［５］。 为减小或消除各种背景因素对植被指数的反演精度的影响， 学者们提出了多种修正型和新型植被指 数，如 优 化 的 土 壤 调 节 植 被 指 数 （ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ， ＯＳＡＶＩ）［１５］、改进的 比 值 植 被 指 数 （ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｉｍｐｌｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ－ ｄｅｘ，ｍＳＲ）［１６］、三 角 形 植 被 指 数 （ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ， ＴＶＩ）［１７］等。在冬小 麦 的 不 同 生 长 时 期 ，观 测 视 场 内 植 被 和 土壤背景信息不断变化，使得 小 麦 光 谱 反 射 率 不 断 变 化。前 人的研究中进 行 作 物 ＬＡＩ的 反 演 基 本 都 是 选 择 同 一 植 被 指 数 进行作物整个生育期 ＬＡＩ的反演，鲜有考虑作物生育期分 段反演的研究。本研究针对当前作物叶面 积 指 数 遥 感 反 演 过 程 中，不同生育期采用同一植被指数进行 ＬＡＩ反演存在反演 精度低的问题，以冬小麦为研 究 对 象，分 析 了 在 冬 小 麦 整 个 生育期使用单一的植被 指 数 （ＮＤＶＩ）和 在 冬 小 麦 的 不 同 生 长 阶段根据地表作物的覆盖度选择不同的植被指数来反演小麦 ＬＡＩ的结果差异，从而提高冬小麦 ＬＡＩ的反演精度和长势监 测能力，为作物长势的遥感监测和精准农 业 的 田 间 管 理 提 供 科学依据。
＊ 通 讯 联 系 人 ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｌｌｏｗｓｔａｒ０６１８＠１６３．ｃｏｍ
第９期 光谱学与光谱分析
２５４７
数中其反演能力最好。Ｌｉｕ等 利 用 Ｌａｎｄｓａｔ５／７ 的 卫 星 数 据 比 较了四种植被指数对小麦、玉米、大豆三种 典 型 作 物 ＬＡＩ的 反演精度，得出 ＮＤＶＩ最易受外部因素的干扰，而 ＥＶＩ具 有 更 好的反演能力［９］。李鑫川等研究了分段 ＬＡＩ的敏感植被指 数，得出在不同植被 ＬＡＩ时选择最佳植被指数可以显著提高 ＬＡＩ反 演 精 度［４］。
行。试 验 区 地 势 平 坦，土 壤 类 型 为 壤 土，全 年 均 气 温 １４．０ ℃，年 均 降 水 量 ４８０ ｍｍ 左 右，属 于 温 带 大 陆 季 风 气 候。试 验选择优质小 麦 品 种 京 ９４２８ 和 烟 优 ３６９１ 作 为 供 试 品 种，生 育期为每年的１０月 到 次 年 ６ 月 中 旬。其 中 昌 平 区 ６ 个 试 验 地块，顺义区９个试验地块，每 个 地 块 种 植 面 积 ５０ 亩 左 右， 研究区各个试验地块在小麦生长期采用基本一致的施肥和灌 溉管理。
赵 娟１，２，黄文江１＊ ，张耀鸿２，景元书２
１．中 国 科 学 院 遥 感 与 数 字 地 球 研 究 所 ，数 字 地 球 重 点 实 验 室 ，北 京 １０００９４ ２．南京信息工程大学应用气象学院，江苏 南京 ２１００４４
摘 要 针对当前作物叶面积指数遥感反演过程中，在 不 同 生 育 时 期 采 用 相 同 的 植 被 指 数 进 行 反 演 存 在 叶 面积指数反演精度较低的问题。以冬小麦为研 究 对 象，选 取 了 对 冬 小 麦 覆 盖 度 响 应 程 度 不 同 的 六 种 宽 带 和 四种窄带共１０种植被指数，分析比较了在冬小麦整 个 生 育 期 选 用 当 前 广 泛 使 用 的 归 一 化 植 被 指 数 （ＮＤＶＩ） 反演冬小麦的 ＬＡＩ和在冬小麦不同生长阶段选用不同的植被指数反演冬小麦 ＬＡＩ的结 果 差 异。在 冬 小 麦 整 个 生育期内使用 ＮＤＶＩ反演小麦 ＬＡＩ得到的 ＬＡＩ反演值和真实值之间的Ｒ２＝０．５５８ ５，ＲＭＳＥ＝０．３２０ ９。改 进的比值植被指数（ｍＳＲ）适合于反演冬小麦生长前期（拔节 期 之 前）的 ＬＡＩ，得 到 的 ＬＡＩ反 演 值 和 真 实 值 之 间的相关系数ｒ＝０．７２８ ７，均方根误差 ＲＭＳＥ＝０．２９７ １；比值植被指数（ＳＲ）适于反演冬小麦生长中期（拔节 到 抽穗前），得到的 ＬＡＩ反演值和真实值之间的 Ｒ２＝０．６５４ ６，ＲＭＳＥ＝０．３０６ １；ＮＤＶＩ适于反演冬小麦生长 后期（抽穗到 成 熟 期 ）的 ＬＡＩ，得 到 的 ＬＡＩ反 演 值 和 真 实 值 之 间 的 Ｒ２ ＝０．６７９ ４，均 方 根 误 差 ＲＭＳＥ＝ ０．３１６ ４。研 究 表 明 ：在 冬 小 麦 的 不 同 生 育 时 期 ，根 据 地 表 作 物 覆 盖 度 的 变 化 和 反 射 率 的 变 化 ，选 择 不 同 的 植 被指数建立冬小麦 ＬＡＩ的反演模型 获 得 的 反 演 精 度 均 高 于 在 冬 小 麦 整 个 生 育 期 使 用 ＮＤＶＩ获 得 的 反 演 结 果。说明在冬小麦的不同生育时期选择不同的植被指数构建 ＬＡＩ的分段反演模型可以 改 善 冬 小 麦 ＬＡＩ的 反 演精度。
第３ ３卷 ，第９期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ２ ０ １ ３ 年 ９ 月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．９，ｐｐ２５４６－２５５２ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３
冬小麦不同生育时期叶面积指数反演方法
验证试验 于 ２００３ 年—２００４ 年 在 同 一 研 究 区 域 （北 京 市 昌平区和顺 义 区 ）进 行，选 择 与 建 模 试 验 相 同 的 小 麦 品 种 。 其中昌平区７个试验地块，顺 义 区 ５ 个 试 验 地 块，其 他 条 件 与建模试验一致。 １．２ 研 究 项 目 与 测 定 方 法 １．２．１ 小 麦 冠 层 反 射 光 谱 采 集
收 稿 日 期 ：２０１２－１０－１６，修 订 日 期 ：２０１３－０２－２８ 基 金 项 目 ：中 国 科 学 院 百 人 计 划 项 目 和 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （４１２７１４１２，４１０７１２７６）资 助 作 者 简 介 ：赵 娟 ，女 ，１９８８ 年 生 ，中 国 科 学 院 遥 感 与 数 字 地 球 研 究 所 硕 士 研 究 生 ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｊｕａｎ＠ｃｅｏｄｅ．ａｃ．ｃｎ
关 键 词 冬 小 麦 ；生 育 时 期 ；植 被 指 数 ；叶 面 积 指 数 ；反 演 中 图 分 类 号 ：ＴＰ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１００９－２５４６－０７
引 言
叶面积指数（ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）通 常 定 义 为 单 位 地 表 面积上单面叶片的面积之和［１］。它是反映 植 被 长 势 个 体 特 征 和群体特征的关键指标，控制 着 地 表 植 被 的 许 多 生 物、物 理 过程，如植被冠层光线的截获，植被的光合作用、呼吸作 用、 蒸 散 以 及 碳 循 环 等 过 程［２］。
要手段，可以及时有 效、无 损 害 地 监 测 作 物 长 势，并 对 产 量 预报有较强适用性［４］。已有多位学者从不 同 角 度 对 植 被 指 数 反演 ＬＡＩ的问题进行了大量研究。Ｈａｂｏｕｄａｎｅ等分析了包括 ＮＤＶＩ和 ＴＶＩ等在内的八种植被指数的光谱敏 感 性，并 提 出 了两个估算 作 物 冠 层 叶 面 积 指 数 的 新 型 植 被 指 数［５］。Ｙａｎｇ 等 比较了多个植被指数估算玉米 ＬＡＩ的精度，得出植被指数 反演玉米 ＬＡＩ时 ＥＶＩ的反 演 结 果 优 于 ＮＤＶＩ［６］。Ｖｅｒｒｅｌｓｔ等 利用 ＪＣＨＲＩＳ／ＰＲＯＢＡ 数 据 分 析 了 ＮＤＶＩ和 ＳＲＩ以 及 ＳＩＰＩ 等１１种宽波段和窄 波 段 植 被 指 数 的 角 度 敏 感 性，研 究 得 出 包括 ＮＤＶＩ和 ＰＲＩ在 内 的 七 种 植 被 指 数 对 冠 层 反 射 率 的 角 度效应表现敏 感［７］。Ｈａｓｅｇａｗａ等 将 ＮＤＶＩ和 植 被 热 暗 点 指 数 ＨＤＳ相结合，提出了反演 ＬＡＩ的 归 一 化 热 点 信 息 植 被 指 数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｈｏｔ－ｓｐｏｔ－ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ），研 究 得 出利用多角度遥感数据和考虑植被的热点信息可以显著提高 植被 ＬＡＩ的 反 演 精 度［８］。梁 亮 等 比 较 了 １８ 种 高 光 谱 植 被 指 数，得出 ＯＳＡＶＩ对小麦 ＬＡＩ的 变 化 较 敏 感，在 各 个 植 被 指
haboudane等分析了包括ndvi和tvi等在内的八种植被指数的光谱敏感性并提出了两个估算作物冠层叶面积指数的新型植被指数yang等比较了多个植被指数估算玉米lai的精度得出植被指数反演玉米lai时evi的反演结果优于ndviverrelst等利用jchrisproba数据分析了ndvi和sri以及sipi等11种宽波段和窄波段植被指数的角度敏感性研究得出包括ndvi和pri在内的七种植被指数对冠层反射率的角度效应表现敏感hasegawa等将ndvi和植被热暗点指normalizedhotspotsignaturevegetationindex研究得出利用多角度遥感数据和考虑植被的热点信息可以显著提高植被lai的反演精度
目前遥感反演 植 被 ＬＡＩ的 方 法 主 要 有 基 于 植 被 指 数 的 经验统计法和基于辐射传输模型的物理 模 型 法 等。经 验 统 计 法和物理模型法有本质区别但又具有 互 补 性［３］。物 理 模 型 法 虽然具有较强的机 理 性 和 通 用 性，但 是 存 在 病 态 反 演 问 题， 同时所需的输入参数多，计算 代 价 大，在 应 用 时 需 要 考 虑 模 型的不确定性和反演方法的合理性，在一 定 程 度 上 限 制 了 该 法 的应用。基于植被指数的 ＬＡＩ经验统计反演法虽然缺乏较 强的机理性，但它是将遥感观测和地面观 测 相 连 接 的 一 种 重
１ 实 验 部 分
１．１ 试 验 设 计 建模试 验 于 ２００２ 年—２００３ 年 在 北 京 市 昌 平 区 （４０°０９′
６５″—４０°１２′２６″Ｎ，１１６°１２′２３″—１１６°２１′４４″Ｅ）和 顺 义 区 （４０° ０５′４２″—４０°１２′７７″Ｎ，１１６°３８′２１″—１１６°４６′０６″Ｅ）试 验 基 地 进
光谱植被指数 是 植 被 冠 层 反 射 率 在 电 磁 波 谱 不 同 波 段 （大部分是在可见光和红外波段）的 数 学 运 算 的 结 果［２］。如 归 一化 植 被 指 数 （ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＤ－ ＶＩ）［１０］、比 值 植 被 指 数 （ｓｉｍｐｌｅ ｒａｔｉｏ ｉｎｄｅｘ，ＳＲ）［１１］、增 强 型 植被指数（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＥＶＩ）［１２］等。植 被 指 数 反演 ＬＡＩ通常会受以下几 方 面 的 影 响：（１）植 被 叶 片 的 光 学 性质；（２）透过植被 叶 片 层 与 土 壤 背 景 相 互 作 用 的 太 阳 辐 射 透过率；（３）各种大气成分与 太 阳 辐 射 的 相 互 作 用；（４）植 被 冠层结构、观 测 的 几 何 光 学 条 件 等，因 而 基 于 植 被 指 数 的 ＬＡＩ反 演 往 往 具 有 时 效 性 、地 域 性 。随 ［９，１３，１４］ 着 生 育 期 的 推 进，冬小麦 ＬＡＩ随时间动态变 化，在 不 同 观 测 条 件、不 同 植 被覆盖度下小麦冠层反射率存在差异，不 同 波 段 光 谱 反 射 率 （植被指数）的敏感因子和干 扰 因 素 也 不 同。因 此，各 个 植 被 指数对不同作物覆盖度的响应有差别，使 得 不 同 植 被 指 数 的 ＬＡＩ反演能力不同。植被 ＬＡＩ反演时易受土壤背景和大气条 件的影响，其中有多个 植 被 指 数 在 作 物 覆 盖 度 较 高 时 （植 被 覆盖度超过８０％）会 出 现 信 息 饱 和 （其 中 ＮＤＶＩ最 为 典 型 ）， 无 法准确反映出作物各个生育期 ＬＡＩ的变化状况。另外叶面 积指数与植被指数间的相关关系式并非 唯 一 确 定，构 建 的 关 系受到植被叶片 其 他 生 化 参 数 的 影 响 ，如 叶 绿 素 含 量 等［５］。 为减小或消除各种背景因素对植被指数的反演精度的影响， 学者们提出了多种修正型和新型植被指 数，如 优 化 的 土 壤 调 节 植 被 指 数 （ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ， ＯＳＡＶＩ）［１５］、改进的 比 值 植 被 指 数 （ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｉｍｐｌｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ－ ｄｅｘ，ｍＳＲ）［１６］、三 角 形 植 被 指 数 （ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ， ＴＶＩ）［１７］等。在冬小 麦 的 不 同 生 长 时 期 ，观 测 视 场 内 植 被 和 土壤背景信息不断变化，使得 小 麦 光 谱 反 射 率 不 断 变 化。前 人的研究中进 行 作 物 ＬＡＩ的 反 演 基 本 都 是 选 择 同 一 植 被 指 数 进行作物整个生育期 ＬＡＩ的反演，鲜有考虑作物生育期分 段反演的研究。本研究针对当前作物叶面 积 指 数 遥 感 反 演 过 程 中，不同生育期采用同一植被指数进行 ＬＡＩ反演存在反演 精度低的问题，以冬小麦为研 究 对 象，分 析 了 在 冬 小 麦 整 个 生育期使用单一的植被 指 数 （ＮＤＶＩ）和 在 冬 小 麦 的 不 同 生 长 阶段根据地表作物的覆盖度选择不同的植被指数来反演小麦 ＬＡＩ的结果差异，从而提高冬小麦 ＬＡＩ的反演精度和长势监 测能力，为作物长势的遥感监测和精准农 业 的 田 间 管 理 提 供 科学依据。
＊ 通 讯 联 系 人 ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｌｌｏｗｓｔａｒ０６１８＠１６３．ｃｏｍ
第９期 光谱学与光谱分析
２５４７
数中其反演能力最好。Ｌｉｕ等 利 用 Ｌａｎｄｓａｔ５／７ 的 卫 星 数 据 比 较了四种植被指数对小麦、玉米、大豆三种 典 型 作 物 ＬＡＩ的 反演精度，得出 ＮＤＶＩ最易受外部因素的干扰，而 ＥＶＩ具 有 更 好的反演能力［９］。李鑫川等研究了分段 ＬＡＩ的敏感植被指 数，得出在不同植被 ＬＡＩ时选择最佳植被指数可以显著提高 ＬＡＩ反 演 精 度［４］。
行。试 验 区 地 势 平 坦，土 壤 类 型 为 壤 土，全 年 均 气 温 １４．０ ℃，年 均 降 水 量 ４８０ ｍｍ 左 右，属 于 温 带 大 陆 季 风 气 候。试 验选择优质小 麦 品 种 京 ９４２８ 和 烟 优 ３６９１ 作 为 供 试 品 种，生 育期为每年的１０月 到 次 年 ６ 月 中 旬。其 中 昌 平 区 ６ 个 试 验 地块，顺义区９个试验地块，每 个 地 块 种 植 面 积 ５０ 亩 左 右， 研究区各个试验地块在小麦生长期采用基本一致的施肥和灌 溉管理。
赵 娟１，２，黄文江１＊ ，张耀鸿２，景元书２
１．中 国 科 学 院 遥 感 与 数 字 地 球 研 究 所 ，数 字 地 球 重 点 实 验 室 ，北 京 １０００９４ ２．南京信息工程大学应用气象学院，江苏 南京 ２１００４４
摘 要 针对当前作物叶面积指数遥感反演过程中，在 不 同 生 育 时 期 采 用 相 同 的 植 被 指 数 进 行 反 演 存 在 叶 面积指数反演精度较低的问题。以冬小麦为研 究 对 象，选 取 了 对 冬 小 麦 覆 盖 度 响 应 程 度 不 同 的 六 种 宽 带 和 四种窄带共１０种植被指数，分析比较了在冬小麦整 个 生 育 期 选 用 当 前 广 泛 使 用 的 归 一 化 植 被 指 数 （ＮＤＶＩ） 反演冬小麦的 ＬＡＩ和在冬小麦不同生长阶段选用不同的植被指数反演冬小麦 ＬＡＩ的结 果 差 异。在 冬 小 麦 整 个 生育期内使用 ＮＤＶＩ反演小麦 ＬＡＩ得到的 ＬＡＩ反演值和真实值之间的Ｒ２＝０．５５８ ５，ＲＭＳＥ＝０．３２０ ９。改 进的比值植被指数（ｍＳＲ）适合于反演冬小麦生长前期（拔节 期 之 前）的 ＬＡＩ，得 到 的 ＬＡＩ反 演 值 和 真 实 值 之 间的相关系数ｒ＝０．７２８ ７，均方根误差 ＲＭＳＥ＝０．２９７ １；比值植被指数（ＳＲ）适于反演冬小麦生长中期（拔节 到 抽穗前），得到的 ＬＡＩ反演值和真实值之间的 Ｒ２＝０．６５４ ６，ＲＭＳＥ＝０．３０６ １；ＮＤＶＩ适于反演冬小麦生长 后期（抽穗到 成 熟 期 ）的 ＬＡＩ，得 到 的 ＬＡＩ反 演 值 和 真 实 值 之 间 的 Ｒ２ ＝０．６７９ ４，均 方 根 误 差 ＲＭＳＥ＝ ０．３１６ ４。研 究 表 明 ：在 冬 小 麦 的 不 同 生 育 时 期 ，根 据 地 表 作 物 覆 盖 度 的 变 化 和 反 射 率 的 变 化 ，选 择 不 同 的 植 被指数建立冬小麦 ＬＡＩ的反演模型 获 得 的 反 演 精 度 均 高 于 在 冬 小 麦 整 个 生 育 期 使 用 ＮＤＶＩ获 得 的 反 演 结 果。说明在冬小麦的不同生育时期选择不同的植被指数构建 ＬＡＩ的分段反演模型可以 改 善 冬 小 麦 ＬＡＩ的 反 演精度。
第３ ３卷 ，第９期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ２ ０ １ ３ 年 ９ 月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．９，ｐｐ２５４６－２５５２ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３
冬小麦不同生育时期叶面积指数反演方法
验证试验 于 ２００３ 年—２００４ 年 在 同 一 研 究 区 域 （北 京 市 昌平区和顺 义 区 ）进 行，选 择 与 建 模 试 验 相 同 的 小 麦 品 种 。 其中昌平区７个试验地块，顺 义 区 ５ 个 试 验 地 块，其 他 条 件 与建模试验一致。 １．２ 研 究 项 目 与 测 定 方 法 １．２．１ 小 麦 冠 层 反 射 光 谱 采 集
收 稿 日 期 ：２０１２－１０－１６，修 订 日 期 ：２０１３－０２－２８ 基 金 项 目 ：中 国 科 学 院 百 人 计 划 项 目 和 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （４１２７１４１２，４１０７１２７６）资 助 作 者 简 介 ：赵 娟 ，女 ，１９８８ 年 生 ，中 国 科 学 院 遥 感 与 数 字 地 球 研 究 所 硕 士 研 究 生 ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｊｕａｎ＠ｃｅｏｄｅ．ａｃ．ｃｎ
关 键 词 冬 小 麦 ；生 育 时 期 ；植 被 指 数 ；叶 面 积 指 数 ；反 演 中 图 分 类 号 ：ＴＰ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１００９－２５４６－０７
引 言
叶面积指数（ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）通 常 定 义 为 单 位 地 表 面积上单面叶片的面积之和［１］。它是反映 植 被 长 势 个 体 特 征 和群体特征的关键指标，控制 着 地 表 植 被 的 许 多 生 物、物 理 过程，如植被冠层光线的截获，植被的光合作用、呼吸作 用、 蒸 散 以 及 碳 循 环 等 过 程［２］。
要手段，可以及时有 效、无 损 害 地 监 测 作 物 长 势，并 对 产 量 预报有较强适用性［４］。已有多位学者从不 同 角 度 对 植 被 指 数 反演 ＬＡＩ的问题进行了大量研究。Ｈａｂｏｕｄａｎｅ等分析了包括 ＮＤＶＩ和 ＴＶＩ等在内的八种植被指数的光谱敏 感 性，并 提 出 了两个估算 作 物 冠 层 叶 面 积 指 数 的 新 型 植 被 指 数［５］。Ｙａｎｇ 等 比较了多个植被指数估算玉米 ＬＡＩ的精度，得出植被指数 反演玉米 ＬＡＩ时 ＥＶＩ的反 演 结 果 优 于 ＮＤＶＩ［６］。Ｖｅｒｒｅｌｓｔ等 利用 ＪＣＨＲＩＳ／ＰＲＯＢＡ 数 据 分 析 了 ＮＤＶＩ和 ＳＲＩ以 及 ＳＩＰＩ 等１１种宽波段和窄 波 段 植 被 指 数 的 角 度 敏 感 性，研 究 得 出 包括 ＮＤＶＩ和 ＰＲＩ在 内 的 七 种 植 被 指 数 对 冠 层 反 射 率 的 角 度效应表现敏 感［７］。Ｈａｓｅｇａｗａ等 将 ＮＤＶＩ和 植 被 热 暗 点 指 数 ＨＤＳ相结合，提出了反演 ＬＡＩ的 归 一 化 热 点 信 息 植 被 指 数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｈｏｔ－ｓｐｏｔ－ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ），研 究 得 出利用多角度遥感数据和考虑植被的热点信息可以显著提高 植被 ＬＡＩ的 反 演 精 度［８］。梁 亮 等 比 较 了 １８ 种 高 光 谱 植 被 指 数，得出 ＯＳＡＶＩ对小麦 ＬＡＩ的 变 化 较 敏 感，在 各 个 植 被 指