基于葉冠尺度高光譜的冬小麥葉片含水量估算

陳秀青，楊 琦，韓景曄，林 琳，史良勝

武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072

引 言

葉片含水量是監(jiān)測植物生理狀態(tài)，評估干旱脅迫、火災風險的重要指標，快速、準確地獲取葉片含水量是進行作物干旱診斷以及灌溉決策的前提。高光譜遙感技術憑借快速、高效和無損的優(yōu)勢，已被廣泛應用于作物生物理化參量的定量監(jiān)測[1]。Thomas等[2]研究葉片含水量與光譜反射率之間的關系，結果表明1 450和1 930 nm波段的反射率與葉片相對含水量顯著相關。Curran等[3]發(fā)現(xiàn)由水和其他分子中O—H鍵的伸縮和彎曲產(chǎn)生分子能級變化會引起目標光譜以970，1 200，1 450，1 940和2 500 nm為中心的吸收區(qū)域的相應變化。田慶久等[4]、王紀華等[5]研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥葉片含水量與光譜反射率在1 450 nm附近的特征吸收峰深度和面積呈良好的線性正相關。根據(jù)眾多學者研究可知葉片含水量敏感波段主要集中在近紅外(NIR，700～1 300 nm)和短波紅外區(qū)域(SWIR，1 300～2 500 nm)，光譜水分吸收帶主要在970，1 200，1 450，1 940和2 500 nm附近。同時，導數(shù)光譜可以消除背景噪聲，解決重疊光譜現(xiàn)象。Danson等[6]發(fā)現(xiàn)，1 450 nm處的光譜反射率一階導數(shù)曲線與葉片含水量關系密切，并且對葉片結構不敏感。Kumar[7]也發(fā)現(xiàn)葉片含水量與葉片尺度一階導數(shù)光譜具有統(tǒng)計相關。Clevers等[8]發(fā)現(xiàn)在1 015～1 050 nm內(nèi)的一階導數(shù)光譜反射率能夠很好地估算葉片含水量。

目前利用高光譜遙感數(shù)據(jù)估算作物水分的方法有兩種：一是基于作物敏感波段反射率的統(tǒng)計法[9]，二是基于物理過程的輻射傳輸模型反演法[10]。相比于機理模型的反演，統(tǒng)計法更簡單方便，且同樣能夠獲得較好的估算效果。……