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《葉片生化組分濃度對單葉光譜影響研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第9卷第1期遙 感 學(xué) 報Vol.9,No.12005年1月JOURNALOFREMOTESENSINGJan.,2005文章編號:100724619(2005)0120001207葉片生化組分濃度對單葉光譜影響研究———以2100nm吸收特征的碳氮比反演為例1,2,321施潤和,牛 錚,莊大方(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101;2.中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所遙感信息科學(xué)重點實驗室,北京 100101;3.中國科學(xué)院研究生院,北京 100039)摘 要:運用連續(xù)統(tǒng)去除法和波深歸一化方法對構(gòu)成植物葉片碳氮比的基本因素—
2、——總碳和總氮濃度進行深入研究,對其組成物質(zhì)的濃度差異在2030—2220nm區(qū)間內(nèi)光譜響應(yīng)的物理機制進行深入分析。在對多組典型葉片的對比分析后發(fā)現(xiàn),經(jīng)連續(xù)統(tǒng)去除后的相對反射率光譜中可以明顯觀察到碳、氮濃度差異造成的影響,而其影響與纖維素、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)在此范圍的吸收特征密切相關(guān)。其中,以纖維素和木質(zhì)素為代表的碳濃度的影響主要體現(xiàn)在2030—2050nm區(qū)間,而以蛋白質(zhì)為代表的氮濃度的影響則體現(xiàn)在2054nm和2172nm附近存在的斜率突變上。另外利用波深歸一化方法再次證明了氮濃度對2054nm和2172nm處光譜特征的影響,進一步證實
3、蛋白質(zhì)雙峰特征在光譜上的響應(yīng),并通過相關(guān)分析和回歸分析驗證了相對反射率光譜與碳氮比之間的定量關(guān)系。關(guān)鍵詞: 生化組分;高光譜遙感;碳氮比;連續(xù)統(tǒng)去除;波深歸一化中圖分類號:TP79文獻標(biāo)識碼:A統(tǒng)中構(gòu)成龐大、復(fù)雜的碳循環(huán)和氮循環(huán)體系。植物1 引 言體內(nèi)部含碳物質(zhì)和含氮物質(zhì)的遙感定量研究是國內(nèi)外植被遙感的一個重要研究方向,許多學(xué)者利用高隨著高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展,植被遙感的研究光譜數(shù)據(jù)在干葉、鮮葉和冠層等不同尺度對木質(zhì)素、領(lǐng)域已經(jīng)從對植物類型的識別與分類擴展到原子或纖維素、葉綠素、蛋白質(zhì)等植物生化組分進行定量研[1,2]分子水平的生化組分遙
4、感估測上,其概念也擴究,但這些研究大多使用統(tǒng)計回歸的方法,對葉片的[3]大到生態(tài)遙感的范疇。植物的光譜特征是由植物大量高光譜數(shù)據(jù)直接或間接進行線性回歸,獲得一2體的各種物理結(jié)構(gòu)參數(shù)及其體內(nèi)各種生化組分共同些入選波段和反映回歸效果的確定系數(shù)(R)并對[11—14]決定的,關(guān)于光譜特征與植物體各種理化參數(shù)的應(yīng)其進行評價,鮮有對高光譜數(shù)據(jù)與生化組分[4—7][15]用研究和模型研究也在廣泛開展。遙感手段用數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的機制進行分析。實驗證明,如于大范圍生態(tài)研究可以充分利用遙感信息空間覆蓋果用純粹的統(tǒng)計方法對大量高光譜數(shù)據(jù)進行回歸分大的特點,
5、而高光譜遙感技術(shù)獲得的從可見光到近析往往會得出一些不盡人意或難以解釋的結(jié)果。首紅外上千個納米級窄波段的反射率信息,能更全面先是回歸方程的局限性問題,Martin等提出,一個地[16]地反映生態(tài)系統(tǒng)的不同組成,對認識生態(tài)系統(tǒng)及其區(qū)得出的氮濃度回歸方程不適用于其它地區(qū)。[8,9]動態(tài)變化具有重要意義。利用遙感進行生態(tài)測其原因包括不精確的大氣糾正、傳感器的限制、背景量可以突破傳統(tǒng)生態(tài)測量費時費力、試驗具有破壞植物和土壤背景的影響等。第二是回歸方程入選波性以及不適于大范圍試驗的局限性,并形成遙感生段的不穩(wěn)定問題,即用于建立回歸方程所使用的樣[1
6、0]態(tài)測量學(xué)這個重要的交叉分支。本不同,入選波段也可能會發(fā)生變化。其原因有高碳和氮作為有機物的基本組成元素,在生態(tài)系光譜數(shù)據(jù)相鄰波段之間的高度相關(guān)性、不同生化組收稿日期:2003204215;修訂日期:2003207201基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(40271086)和863項目(2003AA131170)。作者簡介:施潤和(1979— ),男,博士研究生,畢業(yè)于華東師范大學(xué),研究方向為定量遙感和地理信息系統(tǒng)。Email:shirunhe@hotmail.com2遙 感 學(xué) 報第9卷分由于所含元素或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相似性造成其反
7、射光50%,其吸收特征位于1220,1480,1930,2100,譜的相關(guān)性等。第三是回歸結(jié)果與已知理論不匹配2280,2340和2480nm附近。而木質(zhì)素則是另一種問題。此外利用高光譜數(shù)據(jù)進行生化組分的統(tǒng)計回主要的含碳物質(zhì),通常占植物干重的10%—35%,歸,常會因為缺少實驗數(shù)據(jù)造成參與回歸方程建立其吸收特征分別位于1450,1680,1930,2050—的波段數(shù)大于樣本數(shù),使回歸具有過飽和的風(fēng)險。2140,2270,2330,2380和2500nm附近。嚴格地說,鑒于統(tǒng)計方法的種種不足,研究植物生化組分遙感所有有機物都含有碳,但考慮
8、到纖維素和木質(zhì)素在定量反演的物理機制是十分必要的。植物體中所占比例較大,因此本文以它們的吸收特碳氮比是農(nóng)業(yè)、生態(tài)和全球變化領(lǐng)域廣泛考慮征來代表碳元素對葉片光譜的影響。的重要因子,可以體現(xiàn)植物的營養(yǎng)利用效率(
