叶片生化组分浓度对单叶光谱影响研究.PDFVIP

第 9 卷 第 1 期 遥 　感 　学 　报 Vol. 9 , No. 1 2005 年 1 月 JOURNAL OF REMOTE SENSING Jan. , 2005 　　　文章编号 : (2005) 叶片生化组分浓度对单叶光谱影响研究 ———以 2100nm 吸收特征的碳氮比反演为例 1 ,2 ,3 2 1 施润和 ,牛　铮 ,庄大方 ( 1. 中国科学院 地理科学与资源研究所,北京　100101 ; 2. 中国科学院 遥感应用研究所遥感信息科学重点实验室,北京　100101 ; 3. 中国科学院 研究生院,北京　100039) 摘　要 : 　运用连续统去除法和波深归一化方法对构成植物叶片碳氮比的基本因素 ———总碳和总氮浓度进 行深入研究 ,对其组成物质的浓度差异在 2030 —2220nm 区间内光谱响应的物理机制进行深入分析。在对多 组典型叶片的对比分析后发现 ,经连续统去除后的相对反射率光谱中可以明显观察到碳、氮浓度差异造成的 影响 ,而其影响与纤维素、木质素和蛋白质在此范围的吸收特征密切相关。其中 , 以纤维素和木质素为代表的 碳浓度的影响主要体现在 2030 —2050nm 区间 ,而以蛋白质为代表的氮浓度的影响则体现在 2054nm 和 2172nm 附近存在的斜率突变上。另外利用波深归一化方法再次证明了氮浓度对 2054nm 和 2172nm 处光谱特征的影 响 ,进一步证实蛋白质双峰特征在光谱上的响应 ,并通过相关分析和回归分析验证了相对反射率光谱与碳氮 比之间的定量关系。 关键词 : 　生化组分 ;高光谱遥感 ;碳氮比 ;连续统去除 ;波深归一化 中图分类号: 　TP79 　　　文献标识码 : 　A 统中构成庞大、复杂的碳循环和氮循环体系。植物 1 　引　言 体内部含碳物质和含氮物质的遥感定量研究是国内 外植被遥感的一个重要研究方向 ,许多学者利用高 随着高光谱遥感技术的发展 ,植被遥感的研究 光谱数据在干叶、鲜叶和冠层等不同尺度对木质素、 领域已经从对植物类型的识别与分类扩展到原子或 纤维素、叶绿素、蛋白质等植物生化组分进行定量研 分子水平的生化组分遥感估测上[1 ,2 ] ,其概念也扩 究 ,但这些研究大多使用统计回归的方法 ,对叶片的 大到生态遥感的范畴[3 ] 。植物的光谱特征是由植物 大量高光谱数据直接或间接进行线性回归 ,获得一 体的各种物理结构参数及其体内各种生化组分共同 ( 2) 些入选波段和反映回归效果的确定系数 R 并对 决定的 ,关于光谱特征与植物体各种理化参数的应 其进行评价[11 —14 ] ,鲜有对高光谱数据与生化组分 用研究和模型研究也在广泛开展[4 —7 ] 。遥感手段用 数据之间相关性的机制进行分析[15 ] 。实验证明 ,如 于大范围生态研究可以充分利用遥感信息空间覆盖 果用纯粹的统计方法对大量高光谱数据进行回归分 大的特点 ,而高光谱遥感技术获得的从可见光到近 析往往会得出一些不尽人意或难以解释的结果。首 红外上千个纳米级窄波段的反射率信息 ,