数学模型在遥感植被指数研究中的应用

东北大学

研究生考试试卷

考试科目：数学模型

课程编号：

阅卷人：

考试日期：2011.12

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学号：

注意事项

1．考前研究生将上述项目填写清楚

2．字迹要清楚，保持卷面清洁

3．交卷时请将本试卷和题签一起上交

东北大学研究生院

目录

一．引言......................................................... 错误！未定义书签。

二、植被指数的原理.......................................... 错误！未定义书签。

（一）理想状况下植被指数原理.................. 错误！未定义书签。

（二）现实情况下植被指数原理.................. 错误！未定义书签。

三、不同影响因素下产生的植被指数................ 错误！未定义书签。

（一）土壤亮度............................................ 错误！未定义书签。

（二）土壤颜色............................................ 错误！未定义书签。

（三）大气 ................................................... 错误！未定义书签。

（四）遥感器定标 ........................................ 错误！未定义书签。

（五）遥感器光谱响应................................. 错误！未定义书签。

（六）双向反射............................................ 错误！未定义书签。

四、植被指数的分类及发展............................... 错误！未定义书签。

（一）植被指数的分类................................. 错误！未定义书签。

（二）植被指数的发展................................. 错误！未定义书签。

五、结论............................................................. 错误！未定义书签。参考文献............................................................. 错误！未定义书签。

植被在地球系统中扮演着重要的角色,植被影响地气系统的能量平衡,在气候、水文和生化循环中起着重要作用,是气候和人文因素对环境影响的敏感指标。因此,地球植被及其变化一直被各国科学家和政府所关注。遥感技术是监测全球植被的有效手段,尤其是卫星遥感可以从太空遥视地球,不受自然和社会条件的限制,迅速获取大范围观测资料,为人类提供了监测、量化和研究人类有序活动、气候变化对区域或全球植被变化影响的可能。

自1972年发射第一颗人造地球资源卫星,科学家就试图研究并建立光谱响应与植被覆盖的近似关系。研究结果表明,利用在轨卫星的红光和近红外波段的不同组合进行植被研究非常好。这些波段在气象卫星和地球观测卫星上都普遍存在,并包含90%以上的植被信息[1]。这些波段间的不同组合方式统被称为植被指数。植被指数是遥感领域中用来表征地表植被覆盖、生长状况的一个简单有效的度量参数。随着遥感技术的发展，植被指数在环境、生态、农业等领域有了广泛的应用。在环境领域[2]，通过植被指数来反演土地利用和土地覆盖的变化，逐渐成为实现对全球环境变化研究的重要手段；在农业领域[3-6]，植被指数广泛应用于农作物分布及长势监测、作物和牧草估产、干旱监测等方面。

植被指数的定量测量可表明植被活力,而且植被指数比单波段用来探测生物量有更好的灵敏性。植被指数有助于增强遥感影像的解译力,并已作为一种遥感手段广泛应用于土地利用覆盖探测、植被覆盖密度评价、作物识别和作物预报等方面,并在专题制图方面增强了分类能力。植被指数还可用来诊断植被一系列生物物理参量:叶面积指数(LAI)、植被覆盖率、生物量、光合有效辐射吸收系数(APAR)等；反过来又可用来分析植被生长过程:净初级生产力(NPP)和蒸散(蒸腾)等。

从大量的遥感信息模型 ,地理图像信息模型的实践中 ,提出符合地理科学自身规律的非

线性数学方法 ,解决了确定性与不确定性结合的宏观复杂性问题。从形式逻辑推理发展到辩证逻

辑的计算 ,从抽象公式的计算发展到抽象思维与形象思维结合的、公式与图像结合的计算。提出

了物理变量与地理参数的区别 ,从而开创了以地理科学为背景的数学研究 ,进而为发展地理数学

奠定了基础。

随着人们对于全球变化研究的深入，以遥感信息推算区域尺度乃至全球尺度的植被指数日益成为令人关注的问题。植被指数的建立是基于植被在红色和近红外波段反差较大的光谱特征，本质上是在综合考虑各有关的光谱信号的基础上，把多波段反射率做一定的数学变换，使其在增强植被信息的同时，使非植被信号最小化。但影响植被指数的因子比较多，主要属于生物领域和物理领域。生物领域是指与光学特性和植被覆盖状态相关的各种因子，而物理领域主要包括大气影响、土壤影响、遥感器影响、角度影响等。为此，国内外学者提出了形式各异的植被指数来消除这些影响因子，但植被指数的使用比较混乱。在此背景下，本文就

具有一定技术突破的典型植被指数进行归纳分类与比较分析，就显得尤为必要而富重要意义。

本文介绍了各类植被指数产生的原理，阐述了几种常见植被指数及其优缺点。并且简单论述了土壤线的形状、原点相交等特征，以及新兴的植被指数，如SA VI、PVI、MSA VI1、MSA VI2等。最后对植被指数的分类和发展作了介绍。