《植被高光谱遥感》刘良云作；张兵，张立福总主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《植被高光谱遥感》

【作　者】刘良云作；张兵，张立福总主编

【丛书名】高光谱遥感科学丛书

【页 数】 232

【出版社】 武汉：湖北科学技术出版社 , 2021.03

【ISBN号】978-7-5706-0659-7

【价 格】198.00

【分 类】光谱分辨率-光学遥感-应用-植被

【参考文献】 刘良云作；张兵，张立福总主编. 植被高光谱遥感. 武汉：湖北科学技术出版社, 2021.03.

图书封面：

图书目录：

《植被高光谱遥感》内容提要：

《植被高光谱遥感》重点介绍植被高光谱遥感基本原理、方法、应用案例与前沿特点内容，全书共分为11章。第1章介绍了植被高光谱遥感生理基础与冠层尺度问题，第2章阐述了反射率光谱定义与植被光谱特征，第3章介绍了植被指数与光谱特征提取，第4章介绍了植被遥感物理模型，第5章介绍了植被定量遥感反演机制与方法，第6章介绍了叶绿素含量光谱反演机制与方法，第7章介绍了FPAR的光谱反演原理与方法，第8章介绍了植被含水量光谱反演机制与方法，第9章介绍了植被叶绿素荧光光谱探测机制与算法，第10章介绍了植被叶绿素荧光与植被光合生理探测，第11章介绍了农业灾害光谱探测原理与方法。

《植被高光谱遥感》内容试读

第1章

植被高光谱遥感生理基础与冠层尺度问题

1.1光与植物相互作用的光谱与生理机制

植被生态系统是地球辐射收支平衡和碳循环的核心研究内容。

图1.1为地球系统能量平衡示意图。式(1.1)为地表能量平衡方程。在能量平衡各环节中，植被生态系统的作用主要表现在两个方面：一是冠层反照率，是地球系统辐射强迫的直接驱动要素，植被覆盖的季节和年际变化影响地表能量平衡；二是植被蒸散(evapotranspiraio,ET)作用，以潜热的方式降低地表温度。由于植被反照率低于裸露土壤，仅仅从反照率的贡献来看，植被覆盖的减少会增大地表反射能量，从而起到地表降温的功能。若考虑反照

率和ET的综合贡献，从辐射强迫角度来看，低纬度区域，由于ET作用的潜热贡献大，植被

减少会导致地球系统升温：高纬度区域，由于ET作用较小，植被减少、反照率增加导致的辐

射强迫变化大于ET减小的增温效果，从而会降低地球系统温度。

R=AE+H+G+Photosynthesis

(1.1)

入射辐射与出射辐射相等

太阳辐射100

长波辐射

大气长波辐

4

到外空6

射到地面96

云层反射27

云层

大气/云

大气吸

散射160、

平流层吸收2

/

收111

地表

散射6，

反射4

大气长波辐射潜热23显热7

对流层吸收17

地表长

到外空64

波辐射

蒸散

对流传导

直接辐射28

散射23

地表能量吸收

地表能量辐射

地表辐射收支平衡

短波辐射

长波辐射

图1.1地球系统能量平衡示意图

·1

Z植被高光谱遥感

AAA·

植被生态系统是地球系统物质循环的最主要载体。植被光合作用完成了自然界规模巨大的物质转变，把无机物转化为有机物。

人类活动深刻地影响着陆地生态系统，陆地生态系统的变化影响着全球和区域的辐射能量收支、碳水通量以及其他物质循环等，进而改变了区域环境和全球气候。植被作为陆地生态系统最重要的组成部分，其功能、状态的遥感监测具有重要研究价值。

1.1.1叶片能量平衡

图1.2为叶片能量平衡示意图，叶片吸收的光能一部分以长波热的方式释放，一部分以

热传导的显热方式释放，大部分能量以ET的方式释放并降低叶片温度，只有一小部分能量

以有机物方式固定下来

能量输入

散热

叶片吸收能量

总太阳能

长波段辐射

未吸收波长

(60%损失)

对流冷

40%反射和透射(8%损失)

却空气

32%

散热(8%损失)

24%新陈代谢(19%损失)

蒸腾冷却

5%

水损失

碳水化合物

图L.2叶片能量平衡示意图(Taiz and Zeiger,.2002)

图1.3为叶片光学特性，包括吸收和透过率光谱。在光合有效辐射波段，植物吸收了90%以上的入射能量，以获得更高的光合速率和生产力。而在近红外波段，该部分能量从光合作用来看是“无用”能量，90%以上的“多余”能量被反射和透射出去。这样，植物在光合作用和能量平衡中就找到了完美的解决方案。

光合有效辐射

100

0

80

反射光

20

室60

吸收光

架40

60

数20

透射光

80☒

100

400

500600

700

800

波长/nm

可见光谱

图1.3叶片光学特性与能量平衡(Smith,1986)

·2·

AA

1第1章植被高光谱遥感生理基础与冠层尺度问趣〡1

1.1.2光在叶片内部的传输路径

阳光

图1.4为不同波长的光在叶片内部的传

菠菜叶截面

表皮

输情况。结果表明，蓝光和红光在叶片内部被20

栅栏组织

40

强烈吸收，而绿光相对吸收较弱。以50%叶

60-

叶肉细胞

80

片组织深度处的3种波长光的透射强度来比100

表皮组织

较，蓝光只有不到10%的能量到达叶片中央，

100

叶绿素

而红光也只有不到25%的能量，而绿光有超

80

60%的能量能够到达叶片中央。这说明，不同波长的光在叶片内部的传输存在较大差异，遥

60

感信号更多反映叶片上层信息，蓝光和红光对

40

蓝

红

叶片深部信息的探测十分有限。

(450nm)

(650nm(550nm)

图1.5为冠层上方的太阳入射光谱和冠

20

层内部阴影叶片的入射光谱，结果表明，可见光波段叶片透过率很低，阴影叶片能量很小，

20

4060

80

100

组织深度/%

而近红外波段叶片透过率较高，阴影叶片辐射能量较高。因此，可见光波段对冠层内部叶片

图1.4不同波长光在叶片内部的传输

的信息探测十分有限，而近红外波段能够反映

路径长度(Nishio et al.,1993)

较多的冠层内部叶片信息。

远红

近红

0.25

0.20

0.15

树冠顶部太

3

阳入射光谱

0.10

树冠底部辐

射明影光碧

0.05

国

0.00

400

500

600

700

800

波长/nm

可见光调

图1.5冠层内部叶片的入射光谱(Smith,1994)

·3

7植被高光谱遥感

一HIBEI GAOGUANGPE YAOGAN

AA∩·

1.1.3植物光合作用与光合色素吸收光谱

1.光合作用方程

光合作用(photosynthesis)通常是指绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。地球上一年中通过光合作用约吸收2.0×101t碳素(6400t/s),合成5×1011t有机物，同时将3.2×101J的日光能转化为化学能，并释放出5.35×101t氧气(曾广文等，2000)。光合作用是地球上规模最巨大的把太阳能转变为可贮存的化学能的过程，也是规模最巨大的将无机物合成有机物和从水中释放氧气的过程。自从有了光合作用，需氧生物才得以进化和发展。由于光合作用中氧的释放和积累而逐渐形成了大气表面的臭

氧(O3)层，O3能吸收阳光中对生物有害的紫外辐射，使生物可从水中到陆地上生活和繁衍。

光合作用是生物界获得能量、食物以及氧气的根本途径，所以光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。

6CO2+6H20→C6H1zO+602

(1.2)

从式(1.2)中可以看出：光合作用本质上是一个氧化还原过程。其中CO2是氧化剂，

CO2中的碳是氧化态的，而CsH2O中的碳是相对还原态的，CO2被还原到糖的水平。

H2O是还原剂，作为CO2还原的氢的供体。

2.光合色素的吸收光请

叶片是光合作用的主要器官，而叶绿体(chloroplast)是光合作用最重要的细胞器。用分光光度计能精确测定光合色素的吸收光谱(absorption spectrum)(图l.6)。叶绿素最强的吸收区有两处：波长640~660nm的红光部分和430~450nm的蓝紫光部分。叶绿素对橙光、黄光吸收较少，尤以对绿光的吸收最少，所以叶绿素的溶液呈绿色，以叶绿素为主导色素的植物叶片呈绿色。

叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱很相似，但也稍有不同：叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b的高，而蓝光区的吸收峰则比叶绿素b的低，也就是说，叶绿素b吸收短波长蓝紫光的能力比叶绿素a强。

般阳生植物叶片的叶绿素a/叶绿素b比值约为3：1，而阴生植物的叶绿素a/叶绿素b比值约为2.3：1。叶绿素b含量的相对提高就有可能更有效地利用漫射光中较多的蓝紫光，所以叶绿素b有阴生叶绿素之称。

类胡萝卜素的吸收带在400~500m的蓝紫光区，它们基本不吸收红、橙、黄光，从而呈现橙黄色或黄色。

藻蓝蛋白的吸收光谱最大值是在橙红光部分，而藻红蛋白则是在绿光部分。

植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。

4▣

AAA

丨第1章植被高光谱遥感生理基础与冠层尺度间题丨」

叶绿素b

藻胆红素

细菌

叶绿素

多

叶绿素a

B.类胡

萝卜索

400

500

600

700

800

波长/nm

可见光谱

红外光谱

(a)

2.0

太阳能输出

地球表面的能量

叶绿素吸收的能量

0.

400

800

1200

1600

2000

波长/nm

可见光谱

(b)

图1.6光合色素的吸收光谱曲线与太阳辐射(Avers,1985;Taiz et al.,2002)

1.1.4植物光合生理作用的光照响应特性

光照条件是影响植物生理活动的主导要素。图1.7为野生姜光照和阴影叶片在不同光合速率条件下的光合速率曲线，结果表明随着光合有效辐射的增加，会观测到光饱和现象，

且阴生叶片由于长期适应阴影光照，光饱和点远远低于阳生叶片。此外，C4植物的光饱和

点要远高于C3植物，甚至观测不到太阳光照条件下的光饱和点。

除了光合速率的光照响应外，植被生化组分也会响应光照的日变化条件。图1.8为向日葵的叶黄素组分与叶黄素循环的日变化特征，结果表明，植物通过改变叶黄素组分，从而

·5·

7植被高光谱遥感

GPI YA

AAA·

32

28

24

三角叶滨藜

(阳性植被)

20

6

12

一

万年青

(阴性植被)

400

800

1200

16002000

光合有效辐射强度/(umol·m2·s)

图1.7野生姜光照和阴影叶片在不同光合速率条件下的光合速率曲线(Bjorkman,l981)

改变叶片热耗散大小，避免强光灼伤。而这种色素循环在叶片和冠层光谱上会有一定体现，无数研究表明，利用531nm的微小变化，光化学植被指数(photochemical reflectance index,

PR)能够较好地跟踪叶黄素循环，从而实现热耗散的光谱探测，为光合作用和光能利用率探

测提供一种新的方法。

100

紫黄质

太阳光

2000

80

1500

60

●

目

1000

40

20

玉米黄质

500

环氧玉米黄质

0●

0

6:00

12:00

18:00

时间

图1.8向日葵叶片的叶黄素循环的日变化特征(Demmig-Adams et al.,l996)

·6

···试读结束···