植被遥感

4. 植被覆盖度
一般而言，植 被覆盖程度越 大，光谱特征 形态受背景下 垫面的影响越 小
二、不同类型植被区分
植被具有典型的波谱特征，将其余其它典型地 物，如人工建筑、裸土、水域等区分容易，但 对植被类型划分却有一定难度。
不同植被类型，因组织结构、季相、生态条件 等不同而具有不同的光谱特征和冠层形态特征。 如：
植物群落
山地草甸 云松、红桦 华北落叶松、云杉、白桦、杨树 刺槐、蒙古栎、辽东栎、杨 杨、栎树
4. 根据植被冠层形态区分植被
在高分辨率的遥感影像上，根据植被顶部及部 分侧面形状、阴影、群落结构等区分植被类型。
草本植物表现为大片均匀的色调，因其低矮无 阴影；
灌木呈不均匀细颗粒结构，灌木一般不高，阴 影不明显；
在高覆盖度时提高了敏感性。
MODIS—EVI改善表现在：(1)大气 校正包括大气分子、气溶胶、薄云、 水汽和臭氧。而AVHRR—NDVI仅 对瑞利散射和臭氧吸收做了校正； 这样MODIS—EVI可以不采用基于 比值的方法。因为比值算式是以植
被指数饱和为代价来减少大气影响； (2)根据蓝光和红光对气溶胶散射存 在差异的原理。采用“抗大气植被 指数(ARVl)对残留气溶胶做进一步 的处理；(3)采用“土壤调节植；波 指数(SAVl)”减弱了树冠背景土壤变 化对植被指数的影响；(4)综合 ARVI和SAVI的理论基础。形成 “增强型植被指数(EVI)”。它可以 同时减少来自大气和土壤噪音的影 响。
山地阴坡---易生长适应温度变化不大，湿度较大的环 境的生物
山地阳坡---易生长适应温度变化不大，湿度要求不高 的环境的生物
同一地理环境植被的垂直分带性
（以山西省太原以南地区植物的垂直分带性为例）
海拔
2500m以上 2200~2500m 1600m~2200m 1200m~1600m 700m~1200m
景影响的缺点，一种新型的植被指数——增强性植被指 数（Enhanced Vegetation Index，EVI）被发展，该植被 指数引入了蓝光波段降低了大气的影响。
EVI

G

NIR

NIR R C1R C2 B


L

C1: 红光波段的大气纠正因子；C2：蓝光波段的大气纠正 因子；L： 冠层背景纠正因子；G： 增益因子。 根据经验，参数C1 =6.0，C2 =7.5和L=1.0，G=2.5
正常针叶林为红到品红，枯萎为暗红色，即将枯死时 为青色。
故可根据植被光谱、季相、生态环境、冠层形 态进行植被类型识别。
1. 根据植被光谱划分
不同植物由于叶子的组 织结构和所含色素的不 同，具有不同的光谱特 征。
在近红外光区，草本植 物的反射高于阔叶树， 阔叶树高于针叶树
2. 根据植物的物候差异来区分植物
2. 归一化植被指数（NDVI）
计算公式
NDVI DNIR DR 或NDVI NIR R
DNIR DR
NIR R
➢ NDVI介于-1和1之间，负值表示地面覆盖为云、水、 雪等，对可见光高反射；0表示岩石或裸土等，
NIR和R近似相等；正值表示有植被覆盖，且随覆
盖度增大而增大
1. 叶绿素 植被叶子中含有 多种色素，如叶 青素、叶红素、 叶绿素等，在可 见光范围内，其 反射峰值落在相 应的波长范围内 。
叶绿素a和叶绿素b导致以0.45μm和0.67μm为中心形成两 个强烈的吸收带。
不同生长状态的橡树叶子
不同橡树叶子的反射特性
2. 叶子的组织构造
绿色植物的叶子是由上表皮、叶绿素颗粒组成的栅 栏组织和多孔薄壁细胞组织（海绵组织）构成的。
（一）单张叶片光谱特性
单张叶片分为表皮 、叶脉和叶肉组成
单张叶片的反射、吸收和透射特性
反射辐射
入射辐射-散射辐射=吸收辐射，用于增加植物体温和光合作用
植物叶片的反射、透射和吸 收特性随种类、生长期、病 害及入射波长不同而变化， 故可依据此识别植被、诊断
病害及估产。
（二）影响植被叶片光谱的因素
植被指数类型
在植被指数中，通常选用对绿色植物强吸收的可见光红 波段和对绿色植物高反射的近红外波段构建。
植被指数类型
比值植被指数（RVI） 归一化植被指数（NDVI） 土壤修正植被指数（SAVI） 转换土壤调整植被指数（TSAVI） 修改型二次土壤调节植被指数 （MSAVI） 差值植被指数（DVI） 绿度植被指数（GVI） 垂直植被指数（PVI）
Dபைடு நூலகம்I—差值植被指数
差值植被指数（DVI）又称环境植被指数（ EVI），被定义为近红外波段与可见光红波段 数值之差。即：
差值植被指数的应用远不如RVI、NDVI。它对土壤 背景的变化极为敏感，有利于对植被生态环境的监 测。另外，当植被覆盖浓密（≥80%）时，它对植 被的灵敏度下降，适用于植被发育早－中期，或低 －中覆盖度的植被检测。
（1）针叶林（云杉、松树林）
在比例尺为1：1万或1：15000的影片上，针叶林一般 是深灰色颗粒状图型，随比例尺进一步变小，表现为 暗色调均匀的细粒状影纹
（2）阔叶林（山杨、白桦）
其影像色调比针叶林浅，一般呈灰色或浅灰色颗粒状 或粗圆粒状图型，在秋季影片上，不同树种的树冠颜 色有较大差异，因而形成色调混杂的影像。
比值植被指数可提供植被反射的重要信息，是植被长 势、丰度的度量方法之一
同理，可见光绿波段（叶绿素引起的反射）与红波段 之比G/R，也是有效的。
比值植被指数可从多种遥感系统中得到。
但主要用于Landsat的MSS、TM和气象卫星的 AVHRR。
RVI是绿色植物的一个灵敏指示参数
它与叶面积指数（LAI）、叶干生物量（DM）、叶绿素 含量相关性高，被广泛用于估算和监测绿色植物生物量。
随着人们对于全球变化研究的深入，以遥感信息 推算区域尺度乃至全球尺度的植被指数日益成为 令人关注的问题。
植被指数的概念
遥感图像上的植被信息，主要通过绿色植物叶子 和植被冠层的光谱特性及其差异、变化而反映的， 不同光谱通道所获得的植被信息可与植被的不同 要素或某种特征状态有各种不同的相关性，
根据叶子的结构可分为结构稀疏（典型的双子叶 植物）和结构紧凑（典型的单子叶植物）。
苹果、棉花、向日葵 小麦、水稻、竹子
近红外波段的变化
不同类型植物光谱曲线的差异
叶子年龄的增长
随着叶龄的增长，背腹性叶子的叶肉间空隙增多
新叶
成熟叶片
衰老叶片
近红外波段反射率的变化
3. 叶片含水量
叶子在1.45μm、1.95μm和2.6~2.7μm处各有一 个吸收谷，这主要是由于叶子的细胞液、细胞膜 及吸收水分子所形成的。
4）评价生长期和变干期的长短
NDVI的局限性
NDVI 对土壤背景的变化较为敏感。 实验证明：
低植被覆盖度时（＜15%），植被NDVI值高于裸土NDVI 值，植被可被检测出来，但因植被覆盖度很低（如干旱、 半干旱地区），其 NDVI很难指示区域生物量；
中植被覆盖度时（25—80%）， NDVI值 随生物量的增 加呈线性迅速增加；
遥感地学分析
Geography Analysis for Remote Sensing
第5章 植被遥感
主要内容
一、植被遥感原理 二、植被分类 三、植被生态参数 四、植被指数与地表参数的关系 五、中国及中亚地区荒漠化遥感监测研究
一、植被遥感原理
植被遥感不仅依赖于对单张植物叶片的光谱特性的 认识，还需要进一步认识植被冠层的光谱特性。
1. 比值植被指数
根据可见光红波段（R）和近红外波段（NIR）对绿 色植物的光谱响应的不同，且具有倒转关系。两者 的数值比能充分表达两反射率之间的差异
或
对于绿色植物叶绿素引起的红光吸收和叶肉组织引起的 近红外强反射，RVI值高（一般大于2）。而对于无植被 的地面包括裸土、人工特征物、水体以及枯死或受胁迫 植被，因不显示这种特殊的光谱响应，则RVI值低（一 般等于1）。因此，比值植被指数能增强植被与土壤背 景之间的辐射差异。
在Landsat 7快速格式产品的头文件辐射记录段中含有与辐射校正有关的 参数，用户可利用这些参数将图象象元的亮度值转换成地物的辐射值或 反射率。 辐射记录段以“gains and biases in ascending band number order” 开始，逐行、按波段顺序记录了辐射校正有关的参数，每行中按bias、 gain的顺序排列，其中bias的单位是W/m2 . ster .μm，gain的单位是 (W/m2 . ster .μm)/DN。
高植被覆盖度时（＞80%）， NDVI值 增加延缓而呈现 饱和状态，对植被检测灵敏度下降。
实验表明，作物生长初期NDVI将过高估计植被覆盖 度，而作物生长结束季节，NDVI值偏低。
NDVI 更适用于植被发育中期或中等覆盖度植被检测。
增强型植被指数（EVI）
为了克服NDVI高植被区易饱和、低植被区易受土壤背
它用一种简单有效的形式来实现对植物状态信 息的表达，以定性和定量地评价植被覆盖、生 长活力及生物量等。
以美国陆地卫星Landsat TM传感器获取的遥 感数据为例，植被指数就是由第三波段的红 光波段（Red）和第四波段的近红外波段进行 运算而得到可以表征植被状况的植被指数。
植被指数的类型
如叶子光谱特性中，可见光谱段受叶子叶绿素含量的 控制
近红外谱段受叶内细胞结构的控制 中红外谱段受叶细胞内水分含量的控制
但是，对于复杂的植被遥感，仅用个别波段或 多个单波段数据分析对比来提取植被信息是相 当局限的。因而往往选用多光谱遥感数据经分 析运算（加、减、乘、除等线性或非线性组合 方式），产生某些对植被长势、生物量等有一 定指示意义的数值——即所谓的“植被指数”。