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植被是陆地生态系统的基本组成成分,约占地球陆地表面的70%,是遥感对地观测的主要对象。植被叶绿素含量与生态系统中的蒸发蒸腾、初级生产、废物分解的快慢等有密切的联系,其含量的高低可表征植物的营养状况、发育阶段及光合能力,同时可以作为环境胁迫对植物影响的指示器。由此可见,准确快速的测量植物叶片叶绿素含量具有重要的应用价值。高光谱遥感作为目前研究的前沿和热点,具有10-2λ数量级范围内的光谱分辨率,其精细光谱特征在提取植被叶绿素含量的研究中表现出明显的优势。本文利用ASD便携式光谱仪和SPAD-502便携式叶绿素计于2007年7月-11月和2008年7-8月测量了暖温带地区典型落叶阔叶树法国梧桐、毛白杨树叶的高光谱反射率与叶绿素含量,分析了法国梧桐、毛白杨的光谱特征,采用多元统计分析方法、基于光谱位置变量的分析技术及神经网络模型对叶绿素含量进行了预估,探讨了城市环境污染对法国梧桐高光谱特征的影响,得到了以下结果:
⑴分析了典型落叶阔叶树法国梧桐、毛白杨的叶片光谱特征,找出了光谱特征因叶绿素含量不同、物候期不同导致的差异性,填补了国内外在此地区研究的空白。
⑵应用多元统计分析方法、基于光谱位置变量的分析技术对法国梧桐、毛白杨高光谱数据进行分析,筛选出了估算法国梧桐、毛白杨叶绿素含量的模型。基于敏感波段、NDVI、红边位置的预测模型的拟合度R2在0.6858-0.7957之间,拟合值与测量值之间的RMSE在2.7432-3.4017之间。基于红边峰值形状峰度系数、偏度系数的估算模型的拟合度R2在0.8341-0.8583之间,拟合值与测量值之间的RMSE在2.3102-2.4184之间。
⑶分析了环境胁迫程度不同区域法国梧桐光谱特征的差异。差异为:环境胁迫程度越大,法国梧桐叶片光谱在绿光区的反射峰越小,在红橙光附近的吸收谷越不明显,在近红外区的反射率越小。环境胁迫程度越大,光谱红边、蓝边及黄边面积越小,红边、蓝边振幅越小。此结论为利用高光谱遥感监测本地区环境污染状况提供了可能性。