第六章植被遥感

遥感地学分35析
外表上的和表面覆盖面积随时间发生变化，是植物和 地面其它大多数地物（特别是那些与气候无关的）相 区别的标志。植被指数NDVI或RVI与叶面积指数LAI 的相关系数很高，且与LAI呈非线性函数关系。
式中的A、B、C及A'、B '、C '均为经验系数，可通过 模拟试验获得。其中， A、 A'值是由植物本身的光谱 反射确定的，不同叶形，叶倾角及散射系数造成不同 的A值及A'值；B、B'值与叶倾角、观测角有关，当叶 呈水平状，则线性关系明显；当叶呈非水平状，随着 LAI的增大，植被指数增大速率较慢，两者呈余弦关系， 基本是线性的。C、C'值取决于叶子对辐射的衰减，这 种衰减是呈非线性的指数函数变化。
遥感地学分31析
在绿度转换图形上，土壤与植被光谱特征互不 相干，植被的绿度测量可排除土壤背景的干扰， 一个通过植被光谱图形反映植被的生长状况， 另一个通过土壤亮度线反映植被的生长条件绿 度转换图形可以直接形象地反映了G、P两维变 量的变化规律和植被发育过程中空间结构的变 化，且信息量得到压缩。但是它缺乏时间变量。
（3）能否准确的估算出与植被光合作用有关的若干物 理量，例如植被表面水分蒸腾量、光合作用强度（干 物资生产率）、叶表面温度等。
遥感地学分4析
5.1植物的光谱特征 5.1.1 健康植物的反射光谱特征
健康植物的波谱曲线有明显的特点（图7.1）， 在可见光的0.55µm附近有一个反射率为10％ ~20％的小反射峰。在0.45µm和0.65µm附近有 两个明显的吸收谷。在0.7~0.8µm是一个陡坡， 反射率急剧增高。在近红外波段0.8~1.3µm之 间形成一个高的，反射率可达40％或更大的反 射峰。在1.45µm，1.95µm和2.6~2.7µm处有三 个吸收谷。
图7.4矿区红杉林反射曲线的蓝移现象
遥感地学分15析
5.2 不同植物类型的区分
1、不同植物由于叶子的组织 结构和所含色素不同，具 有不同的光谱特征。
在近红外光区，草本植物的反 射高于阔叶树，阔叶树高于针 叶树。
2、利用植物的物候期差异来 区分植物。
3、根据植物的生态条件区别 植物类型。
遥感地学分16析
遥感地学分18析
植被指数计算 在植被指数的计算中，通常选用R波段和
NIR波段。 建立植被指数的关键
增强植被信息的同时，使非植被信息最小 化。 由于植被光谱受到植被本身、土壤背景、环境 条件、大气状况、仪器定标等内外因素的影响， 因此植被指数往往具有明显的地域性和时效性。
遥感地学分19析
遥感地学分22析
比值植被指数可提供植被反射的重要信息，是 植被长势、丰度的度量方法之一。同理，可见 光绿波段（叶绿素引起的反射）与红波段之比 G/R，也是有效的。
比值植被指数可从多种遥感系统中得到。但主 要用于Landsat的MSS、TM和气象卫星的 AVHRR。
遥感地学分23析
RVI是绿色植物的一个灵敏的指示参数。研究 表明，它与叶面积指数（LAI）、叶干生物量 （DM）、叶绿素含量相关性高，被广泛用于 估算和监测绿色植物生物量。在植被高密度覆 盖情况下，它对植被十分敏感，与生物量的相 关性最好。但当植被覆盖度小于50%时，它的 分辨能力显著下降。此外，RVI对大气状况很 敏感，大气效应大大地降低了它对植被检测的 灵敏度，尤其是当RVI值高时。因此，最好运 用经大气纠正的数据，或将两波段的灰度值 （DN）转换成反射率（ρ）后再计算RVI，以 消除大气对两波段不同非线性衰减的影响。
因此，根据“红边”位移量可以精确地估 计叶绿素含量或探测叶片的生化组分。
遥感地学分14析
研究者就发现生长在富含Cu，Mo等重金属元素土壤上的植 物，受金属元素“毒害”影响，其光谱反射特性会发生一些 变化，主要表现就是红边和绿峰会向短波区偏移10nm~20nm 不等（见图7.4）。这种矿化带植物光谱异常是植物遥感探矿 的有用指标。
遥感地学分13析
“红移”与“蓝移” “红边”定义为反射光谱的一阶微分最大
值所对应的光谱位置，通常位于0.68~0.75µm 之间。当绿色植物叶绿素含量高，生长旺盛时， “红边”会向波长增加的方向偏移，称“红 移”。
当植物由于受金属元素“毒害”、感染病 虫害、污染受害或者缺水缺 肥等原因而“失 绿”时，则“红边”会向波长短的方向移动， 称“蓝移”。
遥感地学分3析
植被遥感研究的主要内容：
（1）通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域， 并对植被类型进行划分，区分是森林还是草场或者农 田，并区分森林、草场、农作物的类型等。
（2）能否从遥感数据中反演出植被的各种重要参数， 例如叶面积指数（LAI）、叶子宽度、平均叶倾角、植 被层平均高度、树冠形状等等，这一类问题属于更深 层次的遥感数据定量分析方法与反演技术。
地理信息系统课程
遥感地学分析
杨勇
河南财经政法大学资源与环境科学系 遥感地学分1析
第 6 章 植被遥感
2
本章内容 ������ 5.1 植被的光谱特征 ������ 5.2 植被遥感判读 5.3 植物生长状况的解译 ������ 5.4 植被指数 ������ 5.5 植被指数与地表参数的关系 ������ 5.6 植被遥感应用
遥感地学分29析
缨帽变换中的绿度植被指数（GVI）
而对于TM而言，可见光—红外6个波段数据 经缨帽变换(TC)的前三个分量主要反映土壤亮 度、绿度、湿度特征，第四分量主要为噪声。 其中绿度指数可表示为：
TC变换既然是以各波段的辐射亮度值作为变量
的，这些亮度值中包含了太阳辐射、大气辐射、
环境辐射等多要素的综合信息，因而TC变换所
主 要 植 被 指 数
遥感地学分20析
遥感地学分21析
5.4.2 植被指数的种类
1）比值植被指数：
RVI = NIR/R
由于绿色植物R值低、NIR值高，则RVI值高 （一般高于2）；而对于无植被的地面（如裸 土、人工特征物、水体）以及枯死或受胁迫植 被，因不显示这种特殊的光谱响应，则RVI值 低（一般近于1）。因此， RVI 能增强植被与 土壤背景之间的辐射差异。
实验证明：当作物群体LAI大于3时，其反射率可达太 阳总辐射的20%；当正常稻田LAI为4时的能量透过率 为太阳总辐射的23%或低于20%；对草本植物而言， 叶片倾角较大，光很容易透过冠层直达底部直至土壤 则当LAI高达7.5时，有5%的入射光可到达土壤表面。
遥感地学分34析
叶面积指数LAI，是利用遥感技术监测植被长 势和估算产量的关键参数。然而，叶面积指数 LAI往往是难以直接从遥感仪器获得，但是它 与遥感参数—植被指数间有密切的关系，它是 联系植被指数与植物光合作用的一个主要的植 冠形态参数。叶面积指数一般大于1，小于10， 在光谱曲线中，近红外波段的反射率随叶面指 数增加而增加。
遥感地学分33析
5.5 植被指数与地表参数的关系
（1） 植被指数与叶面积指数的关系 叶面积指数LAI是指每单位土壤表面积的叶面面积比 例。它对植物光合作用和能量传输是十分有意义的。
叶面积越大则光合作用越强，而光合作用越强，又使 植物群体的叶面积越大，植物干物质积累越多，生物 量越大。同时，植物群体的叶面积越大，植物群体的 反射辐射增强。
遥感地学分32析
尽管图形反映了作物生长过程，而作物生长过 程本身是时间的函数，作物光谱是随时间的变 化而变化的，但由于它缺乏具体的时间变量、 不能描述作物生长期的长短，特别是当两种作 物在图形和空间位置相近，需用时间参数加以 鉴别时，该图形反映出一定的局限性。为了弥 补这一不足，往往运用多时相动态资料，绘制 绿度时间剖面曲线，以显示作物不同生长期中 的显著差异。
遥感地学分25析
典型的地面覆盖类型的NDVI值域： ������ 云、水、雪
R > NIR，则NDVI < 0 ������ 岩石、裸土
R ≌ NIR，则NDVI ≌ 0 ������ 植被
R < NIR，则NDVI > 0
遥感地学分26析
遥感地学分27析
NDVI的一个缺陷在于，对土壤背景的变化较 为敏感。实验证明，当植被覆盖度小于15%时， 植被的NDVI值高于裸土的NDVI值，植被可以 被检测出来，但因植被覆盖度很低，如干旱、 半干旱地区，其NDVI很难指示区域的植物生 物量，而对观测与照明却反应敏感；当植被覆 盖度由25～80%增加时，其NDVI值随植物量的 增加呈线性迅速增加；当植被覆盖度大于80% 时，其NDVI值增加延缓而呈现饱和状态，对 植被检测灵敏度下降。
遥感地学分24析
2）归一化植被指数（NDVI） ：
归一化指数（NDVI）被定义为近红外波段与 可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和 的比值。即：
或
NDVI是简单比值RVI经非线性的归一化处理所 得。在植被遥感中，NDVI的应用最为广泛， 是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子， 与植被分布密度呈线性相关。因此又被认为是 反映生物量和植被监测的指标。
5.3 植物生长状况的解译
健康的绿色植 物具有典型的 光谱特征。遭 受病虫害的植 物其反射光谱 曲线的波状特 征被拉平。
遥感地学分17析
5.4 植被指数
5.4.1 植被指数（Vegetation Index, VI） 选用多个特征波段的遥感数据，经加、
减、乘、除等线性或非线性组合运算， 产生某些对植被长势、生物量等有一定 指示意义的专题数值，称为植被指 数。
遥感地学分8析
叶子的颜色
植物叶子中含有多种色素，如叶青素、叶红素、 叶黄素、叶绿素等，在可见光范围内，其反射峰 值落在相应的波长范围内
遥感地学分9析
叶子的组织结构
绿色植物的叶子是由上表皮、叶绿素颗粒组成的 栅栏组织和多孔薄壁细胞组织（海绵组织）构成。