本文關(guān)鍵詞：夏玉米冠層光譜特征及其生理生態(tài)參量的高光譜估算模型

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【摘要】：農(nóng)業(yè)的精準化是當今生產(chǎn)中突破高耗和低效、實現(xiàn)與環(huán)境和諧相處的根本方法,高光譜遙感可以及時獲取農(nóng)作物的生長狀況信息。本文以夏玉米為研究對象,以大田實驗為基礎(chǔ),借助高光譜遙感技術(shù)的理論與方法,分析玉米葉綠素、葉面積指數(shù)及葉片含水率的時空變化規(guī)律,分析生長過程中這些指標與光譜反射率間的量化關(guān)系,構(gòu)建基于植被指數(shù)、高光譜特征參數(shù)、紅邊參數(shù)、單波段和光譜指數(shù)的高光譜估算模型,充分體現(xiàn)了高光譜遙感技術(shù)在監(jiān)測作物夏玉米葉綠素含量、葉面積指數(shù)及葉片含水率的技術(shù)優(yōu)勢,在我國農(nóng)業(yè)大田植被快速、省力、簡捷采集生長指標信息做出了必要的技術(shù)支撐,為科研工作者提供了獲取農(nóng)作物生長指標的技術(shù)途徑,從而推進精準農(nóng)業(yè)的繼續(xù)發(fā)展。研究得到了以下結(jié)論:(1)夏玉米冠層光譜反射率曲線特征基本吻合于綠色作物的光譜反射率曲線特征。大體都是在藍光范圍和紅光范圍內(nèi)有2處的植物光譜反射率比較低,即存在兩個吸收帶,在綠色植物光譜范圍550 nm附近(即綠光范圍內(nèi))光譜反射率比較高,出現(xiàn)一個反射峰。綠色植物的波段到710 nm附近光譜反射率值驟然變大,到了近紅外波段范圍后綠色植物光譜反射率值是比較穩(wěn)定的,這樣在近紅外波段范圍內(nèi)就形成一個光譜反射率高平臺。夏玉米光譜反射率曲線特征在不同生育時期是存在差異的,且差異比較明顯。在可見光波段,從七葉到拔節(jié),再到吐絲,反射率逐漸減小,從吐絲到灌漿,再到蠟熟,反射率逐漸增大;在綠色植物光譜反射率近紅外波段范圍內(nèi),從七葉到拔節(jié),再到吐絲,夏玉米光譜反射率值逐漸上升,夏玉米生育期從吐絲期到灌漿期,再到夏玉米的最后一個研究階段蠟熟期,其光譜反射率值一直處于下降趨勢。(2)夏玉米在不同生育階段650~740 nm之間光譜曲線值斜邊(紅邊)有很大差異,具體體現(xiàn)在夏玉米紅邊從七葉期到拔節(jié)期,再到吐絲期,其680~760 nm之間光譜反射率斜邊(紅邊)位置向右邊偏移,即向著波長大的方向移動,夏玉米到吐絲期后,其680~760 nm之間光譜反射率斜邊(紅邊位置)向波長小的那邊偏移;同時隨著夏玉米生育期的不斷推移,夏玉米紅邊振幅和紅邊面積也出現(xiàn)與紅邊位置同樣的變化特征,都是先增加后降低。(3)在葉綠素含量不同的情況下,夏玉米光譜反射率曲線值和680~760 nm范圍內(nèi)的紅邊特征是會存在很大差別的,夏玉米葉綠素含量越高,可見光范圍內(nèi)夏玉米反射率會呈現(xiàn)相反的趨勢,即會越來越小,而近紅外波段光譜反射率呈現(xiàn)相同的變化趨勢;同時,夏玉米冠層光譜紅邊振幅和紅邊面積也與葉綠素含量呈現(xiàn)一致的變化趨勢,即會隨著葉綠素含量的增大而增大。利用植被指數(shù)、高光譜特征參數(shù)和紅邊參數(shù)來反演夏玉米葉綠素含量的模型中,從模型的決定系數(shù)、均方根誤差和相對誤差來看,植被指數(shù)對夏玉米葉綠素的反演效果最好。(4)在葉面積指數(shù)不同的情況下,夏玉米光譜反射率曲線值和和680~760 nm范圍內(nèi)的紅邊特征是會存在很大差別的,具體解釋為,LAI值越高,可見光范圍內(nèi)夏玉米反射率會呈現(xiàn)相反的趨勢,而800 nm以后的光譜曲線變化呈現(xiàn)相同變化趨勢;夏玉米冠層光譜紅邊振幅和紅邊面積也與葉面積指數(shù)呈現(xiàn)一致的變化趨勢,即隨著葉面積指數(shù)的變大而增大。利用植被指數(shù)、高光譜特征參數(shù)和紅邊參數(shù)來反演夏玉米葉綠素和葉面積指數(shù)的模型中,從模型的決定系數(shù)、均方根誤差和相對誤差來看,植被指數(shù)對夏玉米葉面積指數(shù)的反演效果最好。(5)不同葉片含水率情況下夏玉米光譜特征和紅邊特征也會產(chǎn)生明顯的差異,具體可以解釋為:夏玉米冠層水平光譜曲線反射率值與葉片含水率變化呈現(xiàn)相反的變化趨勢,即夏玉米葉片含水率越低,反射率曲線值越高;拔節(jié)期和灌漿期適合采用單波段法來反演夏玉米葉片含水率,而七葉期、吐絲期和蠟熟期更適合用光譜指數(shù)來建立葉片含水率模型。
【關(guān)鍵詞】：夏玉米 高光譜 葉綠素 葉面積指數(shù) 葉片含水率
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S513;S127
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究目的和意義13-14
• 1.3 高光譜遙感技術(shù)研究發(fā)展14-15
• 1.3.1 高光譜遙感的概念與基本原理14
• 1.3.2 高光譜遙感的發(fā)展14-15
• 1.3.3 高光譜遙感監(jiān)測植被原理15
• 1.4 作物生物理化參量的高光譜遙感研究進展15-18
• 1.4.1 作物葉綠素含量的高光譜遙感監(jiān)測16-17
• 1.4.2 作物葉面積指數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測17-18
• 1.4.3 作物葉片含水量的高光譜監(jiān)測18
• 1.5 小結(jié)18-20
• 第二章 研究內(nèi)容與方法20-29
• 2.1 研究區(qū)概況20
• 2.2 觀測項目與方法20-22
• 2.2.1 夏玉米冠層光譜的測定20-21
• 2.2.2 夏玉米冠層葉綠素含量測定21
• 2.2.3 夏玉米冠層葉面積指數(shù)測定21
• 2.2.4 夏玉米冠層葉片含水率測定21-22
• 2.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線22-23
• 2.3.1 主要研究內(nèi)容22
• 2.3.2 技術(shù)路線22-23
• 2.4 高光譜數(shù)據(jù)處理與分析23-29
• 2.4.1 原始光譜反射率參數(shù)23-25
• 2.4.2 原始光譜反射率一階導(dǎo)數(shù)25
• 2.4.3“紅邊”參數(shù)25-27
• 2.4.4 植被指數(shù)27
• 2.4.5 光譜指數(shù)27-29
• 第三章 夏玉米生長過程高光譜響應(yīng)特征29-37
• 3.1 夏玉米冠層光譜特征分析29-32
• 3.1.1 不同生育期夏玉米冠層光譜變化規(guī)律29-30
• 3.1.2 不同葉綠素含量下的夏玉米高光譜特征30-31
• 3.1.3 不同葉面積指數(shù)下的夏玉米高光譜特征31
• 3.1.4 不同葉片含水率下的夏玉米高光譜特征31-32
• 3.2 夏玉米冠層光譜紅邊特征的變化32-35
• 3.2.1 不同生育期夏玉米冠層光譜紅邊特征32-33
• 3.2.2 不同葉綠素含量下的夏玉米冠層光譜紅邊特征33-34
• 3.2.3 不同葉面積指數(shù)下的夏玉米冠層光譜紅邊特征34-35
• 3.2.4 不同葉片含水率下的夏玉米冠層光譜紅邊特征35
• 3.3 總結(jié)35-37
• 第四章 夏玉米葉綠素含量高光譜估算37-49
• 4.1 夏玉米冠層原始光譜反射率、一階微分光譜與葉綠素含量的相關(guān)分析37-39
• 4.2 基于植被指數(shù)的夏玉米葉綠素含量監(jiān)測39-41
• 4.2.1 基于植被指數(shù)的夏玉米葉綠素含量估算39-41
• 4.2.2 估算模型的檢驗41
• 4.3 基于高光譜特征參數(shù)的夏玉米葉綠素含量監(jiān)測41-45
• 4.3.1 夏玉米葉綠素含量與高光譜特征參數(shù)的相關(guān)性41-43
• 4.3.2 基于高光譜特征參數(shù)的夏玉米葉綠素含量估算模型43-44
• 4.3.3 估算模型的檢驗44-45
• 4.4 基于紅邊參數(shù)的夏玉米葉綠素含量監(jiān)測45-47
• 4.4.1 夏玉米葉綠素含量與紅邊參數(shù)的相關(guān)性45-46
• 4.4.2 基于紅邊參數(shù)的夏玉米葉綠素含量估測模型46
• 4.4.3 估測模型的檢驗46-47
• 4.5 結(jié)論與討論47-49
• 第五章 夏玉米葉面積指數(shù)高光譜估算49-60
• 5.1 夏玉米冠層原始光譜、導(dǎo)數(shù)光譜與葉面積指數(shù)的相關(guān)性分析49-51
• 5.2 基于植被指數(shù)的夏玉米葉面積指數(shù)監(jiān)測51-53
• 5.2.1 基于植被指數(shù)夏玉米葉面積指數(shù)估算模型51-52
• 5.2.2 估測模型的檢驗52-53
• 5.3 基于高光譜特征參數(shù)的夏玉米葉面積指數(shù)監(jiān)測53-56
• 5.3.1 夏玉米葉面積指數(shù)與光譜特征參數(shù)的相關(guān)性53-55
• 5.3.2 基于高光譜特征參數(shù)的夏玉米葉面積指數(shù)估算模型55
• 5.3.3 估算模型的檢驗55-56
• 5.4 基于紅邊參數(shù)的夏玉米葉面積指數(shù)監(jiān)測56-58
• 5.4.1 夏玉米葉面積指數(shù)與紅邊參數(shù)的相關(guān)性56
• 5.4.2 基于紅邊參數(shù)的夏玉米葉面積指數(shù)估測模型56-58
• 5.4.3 估算模型的檢驗58
• 5.5 結(jié)論與討論58-60
• 第六章 夏玉米葉片含水率高光譜估算60-69
• 6.1 夏玉米冠層原始光譜、導(dǎo)數(shù)光譜與葉片含水率的相關(guān)性分析60-62
• 6.2 基于單波段反射率的夏玉米葉片含水率監(jiān)測62-65
• 6.2.1 夏玉米葉片含水率與單波段反射率的相關(guān)性62-64
• 6.2.2 基于單波段反射率的夏玉米葉片含水率估算模型64
• 6.2.3 估算模型的檢驗64-65
• 6.3 基于光譜指數(shù)的夏玉米葉片含水率監(jiān)測65-66
• 6.3.1 夏玉米葉片含水率與光譜指數(shù)的相關(guān)性65-66
• 6.3.2 基于光譜指數(shù)夏玉米葉片含水率的估算模型66
• 6.3.3 估測模型的檢驗66
• 6.4 結(jié)論與討論66-69
• 第七章 結(jié)語、不足與展望69-71
• 7.1 結(jié)語69-70
• 7.2 不足與展望70-71
• 參考文獻71-76
• 致謝76-77
• 作者簡介77

【參考文獻】

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本文編號：889814