干旱災(zāi)害會(huì)場(chǎng)-s511.3下午2014氣象年會(huì)

植被高光譜反射率對(duì)干旱脅迫響應(yīng)研究進(jìn)展報(bào)告人：林毅遼寧省氣象服務(wù)中心/沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)2014氣象年會(huì)交流S5干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控林毅

張玉書

王宏博1引言

2不同干旱脅迫下植被高光譜反射率特征研究3植被反射光譜對(duì)水分敏感性研究4干旱脅迫下植物生理變化對(duì)高光譜反射率的影響研究5研究展望概要

中國每年因各類自然災(zāi)害造成糧食損失近200億公斤,農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害導(dǎo)致的損失占60%以上,其中旱災(zāi)危害最為嚴(yán)重。1.引言隨著高光譜應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生育期內(nèi)的高光譜變化,研究農(nóng)作物的高光譜反射率與水分關(guān)系，利用統(tǒng)計(jì)方法建立模型，可以為監(jiān)測(cè)評(píng)估、精細(xì)化定量分析土壤和作物水分狀況提供幫助。

本文主要介紹前一部分，建模方法種類繁多這里不做介紹。推薦張佳華教授的論文《植被含水量光學(xué)遙感估算方法研究進(jìn)展》1.引言采集作物高光譜反射率數(shù)據(jù)圖片來自網(wǎng)絡(luò)2.1不同土壤水分環(huán)境下植被高光譜反射率的變化情況2.不同干旱脅迫下植被高光譜反射率特征研究主要研究土壤水分環(huán)境對(duì)作物高光譜反射率的影響，通常在控水環(huán)境下進(jìn)行研究（左圖）。結(jié)論：可見光波段內(nèi)的光譜反射率隨著缺水程度增加而增大,并且不同水分處理樣本的增加幅度基本一致。1.干旱脅迫下植被高光譜反射率的差異性研究嚴(yán)重干旱脅迫(W6)的冠層光譜反射率高于其他處理,且水分條件較好處理(W1和W2)的光譜反射率低于水分條件較差的處理(W5和W6)。結(jié)論：在作物生長不同時(shí)期，由于水分環(huán)境造成的光譜反射率差異化非常大。在煙草伸根期和旺長期,近紅外光區(qū)的光譜反射率隨土壤水分的增加而升高.成熟期則呈相反趨勢(shì),且光譜反射率在旺長期達(dá)到最高值。1.干旱脅迫下植被高光譜反射率的差異性研究在伸根期和旺長期的近紅外區(qū)域內(nèi)，含水量45%處理的光譜反射率最低，85%處理反射率最高，65%處理的反射率位于兩者中間。在成熟期趨勢(shì)相反。旺長期反射率較其他生長期更高。不同水分環(huán)境下，作物冠層的反射率有差別，但這種差別會(huì)根據(jù)光譜波段、作物生長期的不同而變化，所以研究還需根據(jù)作物生長期分波段分析數(shù)據(jù)。小結(jié)2.2干旱脅迫對(duì)植被一階微分光譜的影響

光譜反射率的一階微分能夠去除部分噪聲，不少學(xué)者利用光譜一階微分反射率及紅邊幅值、紅邊面積分析不同水分脅迫的影響。2.不同干旱脅迫下植被高光譜反射率特征研究結(jié)論：小麥?zhǔn)芩置{迫后，紅邊位置出現(xiàn)開花期之前的紅移和開花期之后的藍(lán)移現(xiàn)象。1.干旱脅迫下植被高光譜反射率的差異性研究孕穗期W1處理的一階微分主峰的峰值位置在728nm左右，W2處理水分含量低于W1處理，主峰峰值位置在W1曲線右側(cè)。由此可見受到水分脅迫后主峰位置向長波方向發(fā)生了移動(dòng)（紅移）。1.干旱脅迫下植被高光譜反射率的差異性研究新陸早6號(hào)在S2、S3灌量水平下,紅邊向長波方向移動(dòng)了5nm,新陸早8號(hào)在S2

灌量水平下,紅邊向長波方向移動(dòng)了6nm,即棉花盛花期發(fā)生干旱脅迫有紅移現(xiàn)象發(fā)生。在植被開花期前的生長旺盛時(shí)期，當(dāng)受到水分脅迫作用后，植被的紅邊位置容易出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。而在開花期后趨勢(shì)相反，在受到水分脅迫作用后，成熟期植被紅邊位置發(fā)生藍(lán)移。小結(jié)

研究反射光譜與植被葉片水分相關(guān)性是利用遙感手段反演水分的一個(gè)重要步驟，很多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)某些波段的反射率能夠反映水分情況。3.植被反射光譜對(duì)葉片水分敏感性研究1.干旱脅迫下植被高光譜反射率的差異性研究1971年Thomas通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論并指出1450nm和1930nm波段的反射率與葉片的相對(duì)含水率呈顯著相關(guān)性。1989年Curran的研究結(jié)果表明在植被葉子反射光譜區(qū),1450nm附近的光譜反映葉片水分的吸收作用。2000年2001年王紀(jì)華、趙春江、田慶久發(fā)現(xiàn)小麥葉片相對(duì)水分含量與光譜反射率在1450nm附近水的特征吸收峰深度和面積呈現(xiàn)良好的線性正相關(guān)關(guān)系，通過光譜反射率可以診斷小麥缺水狀況。200420062013周順利、馮先偉、付彥博等發(fā)現(xiàn)玉米葉片、棉花葉片、紫花苜蓿等植被在1450nm附近波段的反射率均表現(xiàn)出對(duì)葉片含水率敏感，選擇該波段可排除其他因素干擾。2009孫俊利用逐步回歸法，結(jié)合相關(guān)性分析并參照分子光譜敏感波段表對(duì)各區(qū)間的敏感波段進(jìn)行取舍。最終確定600、740、810、960、1200、1490、1660nm可作為水稻葉片的光譜敏感波段。2011張曉東等發(fā)現(xiàn)油菜含水率的顯著相關(guān)區(qū)域主要出現(xiàn)在近紅外高反射平臺(tái)區(qū)，在960和1450和1650nm附近的光譜反射率與水分狀態(tài)顯著相關(guān)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同作物進(jìn)行了高光譜反射率同葉片水分含量的研究，而1450nm附近光譜反射率對(duì)葉片水分敏感多次在研究中得到驗(yàn)證！在進(jìn)行利用高光譜數(shù)據(jù)反演葉片水分時(shí)可以留意!

！

葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生化組分決定了葉片的光譜，而這些結(jié)構(gòu)和組分又都直接與水分含量息息相關(guān)。但由于專業(yè)所限，對(duì)生理機(jī)制的探討比較局限，這里只做簡單介紹。4植物生理變化對(duì)高光譜反射率的影響研究一般來說，

由于光合色素的強(qiáng)烈吸收作用，葉片的光譜反射率擁有在可見光（400-700nm波段）反射率低的特征。不同水分環(huán)境下在可見光范圍內(nèi)的光譜反射率與葉綠素含量、光合速率和植株生物量等表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)（梁太波

等.水分脅迫對(duì)烤煙生理特性和光譜特征的影響）。4植物生理變化對(duì)高光譜反射率的影響研究近紅外波段高反射率的現(xiàn)象是由于葉肉造成的光強(qiáng)烈散射。在近紅外區(qū)植被的反射率主要受葉子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生物、蛋白質(zhì)和纖維素等影響。（趙俊芳

等.受蚜蟲危害與干旱脅迫的冬小麥高光譜判別）4植物生理變化對(duì)高光譜反射率的影響研究

利用高光譜數(shù)據(jù)反演水分含量研究已經(jīng)在玉米、水稻、小麥等大田作物中廣泛開展，并已應(yīng)用到煙草、葡萄等一些經(jīng)濟(jì)作物上，由于該方法估測(cè)植被水分含量快速有效且不對(duì)植被造成破壞，具有廣闊的應(yīng)用前景。植被種類千差萬別，即使同一植被也可能由于地域性差異表現(xiàn)出不同的高光譜數(shù)據(jù)特征。所以對(duì)于干旱脅迫作用下的高光譜變化，應(yīng)當(dāng)縮小所研究的作物區(qū)域，范圍過大反而不具有代表性。5研究展望1叢建鷗,李寧,許映軍,等．干旱脅迫下冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與生長、生理、光譜指標(biāo)的關(guān)系[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010,18(1):67-71.2王宏博,馮銳,紀(jì)瑞鵬,等.干旱脅迫下春玉米拔節(jié)—吐絲期高光譜特征[J].光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(12)：3358-3362.3王小平,郭鈮.遙感監(jiān)測(cè)干旱的方法及研究進(jìn)展[J].干旱氣象，2003，21（4）：76-81.4PlazaA，BenediktssonJA，BoradmanJW，etal．RemoteSensingofEnvironment，2009.113（1）：s110.5譚昌偉,郭文善,朱新開,等.不同條件下夏玉米冠層反射光譜響應(yīng)特性的研究[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(9):131-135.6張磊,劉靜,張學(xué)藝,等.寧南山區(qū)冬小麥冠層高光譜特征及其對(duì)干旱的響應(yīng)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010,28（2）：12-16.7谷艷芳,丁圣彥,陳海生,等.干旱脅迫下冬小麥高光譜特征和生理生態(tài)響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，28(6):2690-2697.8龍光強(qiáng),陳功,郭濱,等.干旱脅迫下馬蹄金草坪反射光譜研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,23(4):468-473.9賈方方,馬新明,李春明,等.不同水分處理對(duì)煙草葉片高光譜及紅邊特征的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,19(6):1330?1335.10賀可勛,趙書河,來建斌,等.水分脅迫對(duì)小麥光譜紅邊參數(shù)和產(chǎn)量變化的影響[J].光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(8):2143?2147.11孫莉,陳曦,包安明,等.在水分脅迫下棉花冠層葉片全氮含量的高光譜遙感估算模型研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2005,20(3):315-320.12ThomasJR,NamkenLN,OertherGF,etal.Estimatingleafwatercontentbyreflectancemeasurement[J].AgronomyJournal,1971,63:845-847.13CurranPJ.Remotesendingoffoliarchemistry.RemoteSensingofEnvironment1989,30:271-278）14CarterGA.Primaryandsecondaryeffectsofwatercontentofthespectralreflectanceofleaves[J].AmericanJournalofBotany,1996,78(7):916-924.15DobrowskiSZ,PushnikJC.Zarco-TejadaPJ.etal.Simplereflectanceindicestrackheatandwaterstressinducedchangesinstead-statechlorophyIIfluorescenceatthecanopyscale[J].RemoteSensingofEnvironment,2005,97:403-414.16王紀(jì)華,趙春江,郭曉維,等.用光譜反射率診斷小麥葉片水分狀況的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2001,34(1):104-107.17王紀(jì)華,趙春江,郭曉維,等.利用遙感方法診斷小麥葉片含水量的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2001,15(4):68-72.18田慶久,宮鵬,趙春江,等.用光譜反射率診斷小麥水分狀況的可行性分析[J].科學(xué)通報(bào),2000,45(24):2645-2650.19馮先偉,陳曦,包安明，等.水分脅迫條件下棉花生理變化及其高光譜響應(yīng)分析[J].干旱地區(qū)地理，2004,27（2）：250-255.20周順利,謝瑞芝,蔣海榮,等.用反射率、透射率和吸收率分析玉米葉片水分含量時(shí)的峰值波長選擇[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006,22（5）：28-31.21付彥博,范燕敏,盛建東,等.紫花苜蓿冠層反射光譜與葉片含水率關(guān)系研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(3):766-769.22孫俊,毛罕平,羊一清,等.基于冠層光譜特性的水稻葉片含水率模型[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(9)：133-136.23張曉東,毛罕平,左志宇,等.干旱脅迫下油菜含水率的高光譜遙感估算研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(30)：18451-18452,18487.24梁守真,施平,馬萬棟,等.植被葉片光譜及紅邊特征與葉片生化組分關(guān)系的分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,18(4)：804-809.25沈艷,牛錚,王汶,等.基于導(dǎo)數(shù)光譜變量葉片含水量模型的建立[J].地理與地