本文選題：遙感　切入點：輻射傳輸模型　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)》2017年博士論文

【摘要】：葉綠素和類胡蘿卜素是植物光合作用和指示養(yǎng)分含量的主要色素,其含量變化,特別是類胡蘿卜素含量變化及其與葉綠素含量比值常被用于植被生理狀態(tài)研究。正常情況下,作物體內(nèi)類胡蘿卜素與葉綠素比值變化較小,當(dāng)植株處于養(yǎng)分脅迫或者衰老狀態(tài)時,類胡蘿卜素含量及其與葉綠素含量比值會發(fā)生明顯變化。因此,開展作物類胡蘿卜素含量及其與葉綠素含量比值的機理性估算方法研究,對于作物氮素營養(yǎng)狀況診斷研究具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。然而,目前關(guān)于類胡蘿卜素含量反演及其與葉綠素比值估算的機理性方法與模型還不成熟,存在諸多問題和難點,而基于類胡蘿卜素與葉綠素比值開展作物氮素營養(yǎng)狀況診斷方法還鮮有研究。本文針對類胡蘿卜素與葉綠素比值指示作物氮素營養(yǎng)狀況診斷方法研究中存在的問題,開展了類胡蘿卜素含量反演及其與葉綠素比值估算機理性方法與模型研究,提出了基于類胡蘿卜素與葉綠素比值的作物氮素營養(yǎng)狀況診斷方法,發(fā)展和完善了葉綠素反演以及氮素含量估算方法等三個方面的研究工作,主要研究結(jié)論如下:(1)針對目前已有植被指數(shù)方法估算類胡蘿卜素含量精度不高,魯棒性差等問題,利用葉片和冠層輻射傳輸模型(PROSPECT-5和4SAIL)模擬數(shù)據(jù),基于類胡蘿卜素可見光波段吸收特征,提出了葉片類胡蘿卜素含量反演植被指數(shù)carotenoid index(CARI)。與已有類胡蘿卜素含量估算植被指數(shù)相比,CARI估算不同實測葉片數(shù)據(jù)類胡蘿卜素含量精度高且魯棒性強。利用冠層模擬和實測數(shù)據(jù)基于CARI指數(shù)反演葉片類胡蘿卜素含量,葉面積指數(shù)較小時,CARI指數(shù)對類胡蘿卜素含量變化不太敏感,土壤濕度條件會影響CARI估算葉片類胡蘿卜素含量精度。(2)針對可見光波段類胡蘿卜素與葉綠素吸收特征重疊,類胡蘿卜素與葉綠素含量比值估算較為困難這一問題,利用葉片輻射傳輸模型PROSPECT-5模擬數(shù)據(jù),提出了類胡蘿卜素與葉綠素比值估算植被指數(shù)Carotenoid/chlorophyll ratio index(CCRI)。與目前已有類胡蘿卜素與葉綠素比值估算植被指數(shù)相比,利用不同實測葉片和冠層光譜數(shù)據(jù),ccri估算類胡蘿卜素與葉綠素比值精度高且魯棒性強。然而,相比葉片光譜數(shù)據(jù),ccri利用冠層光譜數(shù)據(jù)估算類胡蘿卜素與葉綠素比值精度稍有降低。(3)利用phi航空高光譜數(shù)據(jù),基于類胡蘿卜素與葉綠素比值估算方法研究基礎(chǔ),分析了水肥脅迫條件下冬小麥類胡蘿卜素與葉綠素比值及植株氮濃度關(guān)系,構(gòu)建了基于類胡蘿卜素與葉綠素比值指數(shù)ccri的冬小麥植株氮濃度估算模型,模型精度優(yōu)于葉綠素植被指數(shù)red-edgechlorophyllindex(cired-edge)估算模型。而且,ccri估算冬小麥植株氮濃度模型適用于模擬enmap衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù),并具有較高估算精度。(4)利用phi航空高光譜數(shù)據(jù),采用植被指數(shù)方法估算了冬小麥冠層氮素含量。結(jié)果表明,冬小麥冠層氮素與葉綠素含量存在顯著線性關(guān)系,該線性關(guān)系一定程度上受生育期影響。紅邊波段構(gòu)建的植被指數(shù)表現(xiàn)出較高估算精度,窄波段與寬波段植被指數(shù)在反演冬小麥冠層氮素含量方面沒有明顯差異。以抽穗期為界,分別估算其之前和之后生育期冬小麥冠層氮素含量有助于提高抽穗期之前生育期冬小麥的冠層氮素含量估算精度。(5)利用新發(fā)歐盟哨兵2號(sentinel-2)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),分析了冬小麥生育期內(nèi)多時相葉片葉綠素含量估算方法。結(jié)果表明,不同植被指數(shù)方法估算結(jié)果差異較大,紅邊波段構(gòu)建的植被指數(shù)估算葉片葉綠素含量精度較高。高斯過程回歸估算冬小麥葉片葉綠素含量模型精度最高。高斯過程回歸估算多時相冬小麥葉片葉綠素含量精度較高,能間接反映冬小麥氮素營養(yǎng)狀況,可為作物氮素營養(yǎng)狀況監(jiān)測提供基礎(chǔ)資料。論文主要創(chuàng)新性貢獻(xiàn)包括:(1)針對高精度估算葉片類胡蘿卜素含量的難題,基于類胡蘿卜素可見光波段吸收特征,結(jié)合大量模擬數(shù)據(jù),提出了用于反演葉片類胡蘿卜素含量植被指數(shù)cari,其估算不同實測數(shù)據(jù)葉片類蘿卜素含量精度高,魯棒性強,適用于葉片類胡蘿卜素含量估算研究。(2)針對高精度估算類胡蘿卜素與葉綠素比值的難題,基于類胡蘿卜素與葉綠素比值特性,提出了用于反演類胡蘿卜素與葉綠素比值植被指數(shù)ccri,其估算不同實測葉片與冠層數(shù)據(jù)類胡蘿卜素與葉綠素比值精度高,魯棒性強,適用于葉片和冠層尺度高光譜數(shù)據(jù)估算類胡蘿卜素與葉綠素含量比值。(3)基于類胡蘿卜素與葉綠素比值估算方法研究,構(gòu)建了基于PHI航空高光譜數(shù)據(jù)的類胡蘿卜素與葉綠素比值植被指數(shù)CCRI估算冬小麥植株氮濃度模型,且該方法適用于模擬EnMAP衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)開展作物氮素營養(yǎng)狀況診斷研究。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S311;S127

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本文編號：1662015