續上節所言,不同的植物由于結構和葉綠素含量不同,具有不同的光譜特征,特別是近紅外波段有較大的差別。
利用植物的物候差異下的光譜成像也可區分植物類型,如冬季落葉樹和常綠樹很好區別。植被生長不同狀態下,例如病害侵擾下結構和葉綠素含量發生很大的變化,尤其是近紅外波段與健康植物區別明顯。
但影響植被波譜特征的主要因素不止包括植物類型、病蟲害影響,植物生長季節等都會影響植被波譜特征
下面讓我們細講影響植物光譜的幾個因素、主要植被類型的影像特征以及同一植被在不同季節的不同植被波譜特征。
(1)植物光譜的影響因素
l 葉綠素
植物葉片中含有多種色素,如葉青素、葉紅素、葉綠素等。在可見光范圍內,其反射峰值落在相應的波長范圍內。植被可見光和近紅外(350-800nm)反射光譜差異來源于植被體內葉綠素和其他色素成份,例如植物衰老、植物病蟲害等。

不同顏色葉子的反射光譜曲線

不同生長狀態橡樹葉子的反射特性

不同狀態長勢松樹的反射光譜曲線
植被因受到病蟲害,農作物因缺乏營養、缺乏水分使其生長不良,植被波譜特征要發生變化,反映在影像上的色調形態的變化。例如海綿組織受到破壞,葉子色素發生了變化,至使在可見光區域內兩個吸收谷(藍、紅)就不明顯了。而綠光處反射峰值也會變低、變平;在近紅外區,峰值被消低,甚至消失,整個光譜曲線的波狀特征被拉平。因此,在遙感影像上,植被的信息體現不明顯,與健康植被極易區分。
· 植被葉片構造
綠色植物的葉子是由上表皮、葉綠素顆粒組成的柵欄組織和多孔薄壁細胞組織(海綿組織)構成。
葉綠色對紫外線和紫色光的吸收率,對藍色光和紅色光也強吸收,以進行光合作用。對綠色光部分則部分吸收,部分反射,所以葉子呈綠色,并形成在0.55μm附近的一個小反射峰值,而在0.33~0.45μm 及0.65μm 附近有兩個吸收谷。葉子的多孔薄壁細胞組織(海綿組織)對0.8~1.3μm的近紅外光強烈地反射,形成光譜曲線上的峰區。
· 葉片含水量
上面提到葉片在1.45μm,1.95μm和2.6~2.7μm處各有一個吸收谷,這主要由葉子的細胞液、細胞膜及吸收水分所形成。植物葉子含水量的增加,將使整個光譜反射率降低,反射光譜曲線的波狀形態變得更為明顯,特別是在近紅外波段,幾個吸收谷更為突出。

植被綠色葉片與干葉片的光譜特性比較

不同水分含量小麥葉片光譜曲線
· 植被疏密度(覆蓋度)
植被越茂密,覆蓋程度越大,光譜特征形態受背景下墊面影響愈小。可以用葉面指數來說明植被疏密度,即植被葉片的累加面積總和與覆蓋地面面積之比。

棉花葉片1-6層疊置的光譜曲線
(2)主要植被類型的影像特征
在當前分辨率遙感圖像上,植被一般是群體的特征,反映個體的形態較為困難,只能依據紋理結構和色調識別出植被的類型、生長狀況、分布范圍等信息。
按照植被的波譜特征,不同植物由于葉片組織結構不同和所含色素不同,在0.55μm附近的一個小反射峰值,而在0.33~0.45μm及0.65μm附近有兩個吸收谷,這些特征不同類型的植被具有不同程度的光譜特征。

不同植被的光譜反射曲線
對于植被生長的氣候與植被本身的季節性特性,也對光譜曲線造成影響。首先對于落葉植被與常綠植被,在光譜曲線上的差別比較大,這樣可以進行植被區分。其次,同種類型的植被在不同的氣候與季節性變化下光譜曲線也會出現變化。

蘆葦在春、夏、秋三季的反射率曲線
植被生長所在的綜合地理環境(溫度、水分、土壤類型、地形地貌等)也可以對植被的光譜反射曲線產生局部的差異。在尺度較大的高光譜影像上,植被的物理特征也可能是光譜反射特性影響較大的因素。植被的冠部分、頂部及投影的側面形狀、群落結構等都可能對植被的光譜特征造成一定的影響。例如闊葉林、針葉林、灌叢、草本植被等都具有不同的細部光譜特征。另外,植物在生長過程中如果受到某種外界侵擾、人工干預、物質污染后,內部結構、葉綠素和水分含量就會發生不同程度的變化,例如人工砍伐、缺水干枯、病蟲害影響、生長所需營養元素缺乏等,這都可以使得植被的反射光譜特性發生變化。
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