植被光谱特性
植物照明 光谱
植物照明光谱是指供给植物生长和发育所需的光线，其中包含了各种波长的光。
不同波长的光对植物的生长和发育起着不同的影响。
在植物照明中，通常使用的光谱包括以下几个主要波长范围：
1.蓝光（400-500纳米）：蓝光是植物光合作用中的关键波长。
它对植物的幼苗生长、叶片生长和开花有促进作用。
2.绿光（500-600纳米）：绿光在光合作用中被植物较少吸收，对光合作用的效率影响较小。
但绿光对植物的形态和开花周期有一定的调节作用。
3.红光（600-700纳米）：红光是植物光合作用中主要的激发光，对植物的光合作用、生长和开花起着重要作用。
红光可以促进植物的伸长生长。
4.远红外光（700-800纳米）：远红外光对植物的伸长生长起到促进作用。
除了上述主要波长范围外，植物还对其他波长的光有一定的反应。
例如，紫外光（280-400纳米）可以促进植物的花期提前和色素积累，而近红外光（800纳米以上）对植物的发芽和开花周期具有一定的影响。
因此，在设计植物照明系统时，需要综合考虑植物的生长需求，并根据所需的生长阶段和特定植物种类选择适当的光谱组合，以提供最适宜的光线供给。
植被覆盖 植被指数 植被光谱
NDVI的理论基础NDVI的理论基础植被指数按不同的监测方法和计算方法可分为多种多样的植被指数。
常用的有：归一化植被指数NDVI；垂直植被指数PVI；比值植被指数RVI；消除土壤影响的植被指数SAVI和全球植被指数GVI等。
其中，NDVI则是使用最广泛，效果也较好的一种。
NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）归一化植被指数，又称标准化植被指数，在使用遥感图像进行植被研究以及植物物候研究中得到广泛应用，它是植物生长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子，与植被分布密度呈线性相关。
归一化植被指数(NDVI)是近红外与红色通道反射率比值(SR=NIR/RED)的一种变换形式，NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。
植被覆盖度（fv）fv=（NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin).叶面积指数（LAI）LAI=k-1ln(1-fv)-1，k是消光系数，每种植被k各不相同，一般植被取值范围是0.8-1.3。
NDVI能反映出植物冠层的背景影响，如土壤、潮湿地面、枯叶、粗超度等，且与植被覆盖有关，-1≤NDVI≤1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，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。
用NDVI判断植物生长的状态：植物叶绿素发生光合作用而吸收红光，所以长势越好的植物吸收红光越多，反射近红外光也越多。
所以NDVI能反应植物生物量的多少，NDVI越大，植物长势越好。
附表：植被指数指数应用计算公式测量值的意义优点局限性NDVI 归一化植被指数监测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)-1<=NDVI<=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等能反映出植物冠层的背景影响，如土壤、潮湿地面、枯叶、粗超度等，且与植被覆盖有关对高植被区具有较低的灵敏度RVI 比值植被指数是绿色植物的的灵敏指数参数，用于检测和估算植物生物量RVI=NIR/R绿色健康植被覆盖地区的RVI远大于1，而无植被覆盖的地面（裸土、人工建筑、水体、植被枯死或严重虫害）的RVI在1附近。
植被遥感_精品文档
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。
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
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：
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。
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
冬季多数植物凋零----长年常绿植被 同种植被在不同季节的波谱特征差异 不同植物生长期的不同，光谱特征也有差异
植被光谱分析与植被指数计算解读
植被光谱分析与植被指数计算在遥感中，常常结合不同波长范围的反射率来增强植被特征，如植被指数（vegetation indices ——VI）的计算，植被指数（VI）是两个或多个波长范围内的地物反射率组合运算，以增强植被某一特性或者细节。
目前，在科学文献中发布了超过150种植被指数模型，这些植被指数中只有极少数是经过系统的实践检验。
本文总结现有植被指数，根据对植被波谱特征产生重要影响的主要化学成份：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），总结了7大类实用性较强的植被指数，即：宽带绿度、窄带绿度、光利用率、冠层氮、干旱或碳衰减、叶色素、冠层水分含量。
这些植被指数可以简单度量绿色植被的数量和生长状况、叶绿素含量、叶子表面冠层、叶聚丛、冠层结构、植被在光合作用中对入射光的利用效率、测量植被冠层中氮的相对含量、估算纤维素和木质素干燥状态的碳含量、度量植被中与胁迫性相关的色素、植被冠层中水分含量等。
包括以下内容：∙∙●植被光谱特征∙∙●植被指数∙∙●HJ-1-HSI植被指数计算1.植被光谱特征植被跟太阳辐射的相互关系有别于其他物质，如裸土、水体等，比如植被的“红边”现象，即在<700nm附近强吸收，>700nm高反射。
很多因素影响植被对太阳辐射的吸收和反射，包括波长、水分含量、色素、养分、碳等。
研究植被的波长范围一般为400 nm to 2500 nm，这也是传感器设计选择的波长范围。
这个波长范围可范围以下四个部分：∙∙●可见光（Visible）：400 nm to 700 nm∙∙●近红外（Near-infrared——NIR）：700 nm to 1300 nm∙∙●短波红外1（Shortwave infrared 1—— SWIR-1）：1300 nm to 1900 nm∙∙●短波红外2（Shortwave infrared 2——SWIR-2）：1900 nm to 2500 nm其中NIR和SWIR-1的过渡区（1400nm附近）是大气水的强吸收范围，卫星或者航空传感器一般不获取这范围的反射值。
典型地物的光谱曲线特征
不同类型的地物在遥感影像中呈现出不同的光谱曲线特征。
以下是一些常见地物的光谱曲线特征：
植被：植被在可见光波段（0.4-0.7微米）表现出较高的反射率，特别是在绿色波段（0.5-0.6微米）反射率最高。
这是因为植被对太阳辐射的吸收主要集中在红光和蓝光波段，而对绿光波段较少吸收，因此呈现出较高的反射率。
水体：水体在可见光波段表现出较低的反射率，尤其在蓝光波段（0.45-0.5微米）反射率较低。
这是因为水体对蓝光有较强的吸收能力，吸收了大部分蓝光能量，导致较低的反射率。
土壤：土壤的光谱曲线特征受其成分和含水量的影响。
一般而言，裸土在可见光波段的反射率较高，而在近红外波段（0.7-1.3微米）反射率较低。
不同类型的土壤（如沙质土壤、粘质土壤等）的光谱特征会有所差异。
建筑物：建筑物通常呈现出较高的反射率，尤其在可见光和近红外波段。
建筑物的反射率与其材质和表面特性有关，如玻璃、金属等材质会呈现出较高的反射率。
道路：道路表面通常具有较高的反射率，尤其在可见光和近红外波段。
道路的光谱特征与其材质、路面状况和光照条件等因素相关。
植被光谱分析与植被指数计算
植被光谱分析与植被指数计算在遥感中，常常结合不同波长范围的反射率来增强植被特征，如植被指数（vegetation indices——VI）的计算，植被指数（VI）是两个或多个波长范围内的地物反射率组合运算，以增强植被某一特性或者细节。
目前，在科学文献中发布了超过150种植被指数模型，这些植被指数中只有极少数是经过系统的实践检验。
本文总结现有植被指数，根据对植被波谱特征产生重要影响的主要化学成份：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），总结了7大类实用性较强的植被指数，即：宽带绿度、窄带绿度、光利用率、冠层氮、干旱或碳衰减、叶色素、冠层水分含量。
这些植被指数可以简单度量绿色植被的数量和生长状况、叶绿素含量、叶子表面冠层、叶聚丛、冠层结构、植被在光合作用中对入射光的利用效率、测量植被冠层中氮的相对含量、估算纤维素和木质素干燥状态的碳含量、度量植被中与胁迫性相关的色素、植被冠层中水分含量等。
包括以下内容：植被光谱特征植被指数HJ-1-HSI植被指数计算1.植被光谱特征植被跟太阳辐射的相互关系有别于其他物质，如裸土、水体等，比如植被的“红边”现象，即在<700nm附近强吸收，>700nm高反射。
很多因素影响植被对太阳辐射的吸收和反射，包括波长、水分含量、色素、养分、碳等。
研究植被的波长范围一般为400 nm to 2500 nm，这也是传感器设计选择的波长范围。
这个波长范围可范围以下四个部分：可见光（Visible）：400 nm to 700 nm近红外（Near-infrared——NIR）：700 nm to 1300 nm短波红外1（Shortwave infrared 1——SWIR-1）：1300 nm to 1900 nm短波红外2（Shortwave infrared 2——SWIR-2）：1900 nm to 2500 nm其中NIR和SWIR-1的过渡区（1400nm附近）是大气水的强吸收范围，卫星或者航空传感器一般不获取这范围的反射值。
植被光谱特性
在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4μm、1.9μm和2.7μm附近的水的强烈吸收带所支配。
地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。
在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。
在中心波长分别为0.45μm（蓝色）和0.65μm（红色）的两个谱带内，叶绿素吸收大部分的摄入能量，在这两个叶绿素吸收带间，由于吸收作用较小，在0.54μm（绿色）附近行程一个反射峰，因此许多植物看起来是绿色的。
除此之外，叶红素和叶黄素在0.45μm （蓝色）附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。
在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。
健康绿色植物在近红外波段的光谱特征是反射率高（45%-50%），透过率高（45%-50%），吸收率低（<5%）。
在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76μm附近，反射率急剧上升，形成“红边”现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。
许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。
同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率（高达85%），这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。
在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4μm、1.9μm和2.7μm附近的水的强烈吸收带所支配。
2.7μm处的水吸收带是一个主要的吸收带，它表示水分子的基本振动吸收带。
1.9μm，1.1μm，0.96μm处的水吸收带均为倍频和合频带，故强度比谁的基本吸收带弱，而且是依次减弱的。
1.4μm和1.9μm处的这两个吸收带是影响叶子的中红外波段光谱响应的主要谱带。
云南大学东陆园植被景观的光谱特征
云南大学东陆园植被景观的光谱特征曹帅强;李阳阳;张军【摘要】植被景观是我国校园生态环境建设与文化认知的重要组成部分,非成像地物光谱仪得到的植被光谱特征是植被景观分类的重要依据.以云南大学东陆园为例,采用野外光谱仪对针、阔、草三种典型绿色植被和不同颜色植被的反射光谱进行采集和处理,得到六种植被的反射光谱.通过分析三种绿色植被的反射光谱特征、一阶导数光谱和二阶导数光谱,建立了校园植被景观中针、阔、草的区分特征规律.研究结果表明:(1)特征值分别位于反射光谱的红光区(反射率从高到低依次为:草地、阔叶林、针叶林)、一阶导数光谱红边峰值(峰值从高到低次序与反射率相同)和二阶导数的四个特征波段(683 nm—703 nm(二阶导数>0)、724 nm—755 nm(二阶导数<0)、756 nm—760 nm(二阶导数>0)和760 nm—765 nm(二阶导数<0)),峰值从高到低分别对应草地、阔叶林、针叶林,且二阶导数区分性最好;(2)彩色植被由于花青素差异,红、黄、蓝青三种花在可见光波段对应颜色区域呈现较高的反射率,因此可见光区的反射特征可以用来区分不同色系的彩色植被.【期刊名称】《衡阳师范学院学报》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】7页(P116-122)【关键词】校园植被景观;反射光谱;导数光谱;云南大学【作者】曹帅强;李阳阳;张军【作者单位】湖南省古村古镇文化遗产数字化传承协同创新中心,湖南衡阳421002;云南大学资源环境与地球科学学院,云南昆明 650000;湖南省古村古镇文化遗产数字化传承协同创新中心,湖南衡阳 421002;湖南省古村古镇文化遗产数字化传承协同创新中心,湖南衡阳 421002【正文语种】中文【中图分类】Q436校园植被景观是我国重要“科—学—游”一体化为集合的文化功能、空间构景和地域特色等的总和，具有一定的地方意义。
学术界主要从校园植物景观的群落结构特征[1]、文化内涵[2]、规划设计[3]与配置[4]、质量提升改造[5]等方面做了大量研究工作，但对于充分识别校园植被景观特征仍需要深入探讨。
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在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4μm、1.9μm和2.7μm附近的水的强烈吸收带所支配。
地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。
在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。
在中心波长分别为0.45μm（蓝色）和0.65μm（红色）的两个谱带内，叶绿素吸收大部分的摄入能量，在这两个叶绿素吸收带间，由于吸收作用较小，在0.54μm（绿色）附近行程一个反射峰，因此许多植物看起来是绿色的。
除此之外，叶红素和叶黄素在0.45μm （蓝色）附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。
在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。
健康绿色植物在近红外波段的光谱特征是反射率高（45%-50%），透过率高（45%-50%），吸收率低（<5%）。
在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76μm附近，反射率急剧上升，形成“红边”现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。
许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。
同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率（高达85%），这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。
在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4μm、1.9μm和2.7μm附近的水的强烈吸收带所支配。
2.7μm处的水吸收带是一个主要的吸收带，它表示水分子的基本振动吸收带。
1.9μm，1.1μm，0.96μm处的水吸收带均为倍频和合频带，故强度比谁的基本吸收带弱，而且是依次减弱的。
1.4μm和1.9μm处的这两个吸收带是影响叶子的中红外波段光谱响应的主要谱带。
1.1μm和0.96μm处的水吸收带对叶子的反射率影响也很大，特别是在多层叶片的情况下。
研究表明，植物对入射阳光中的红外波段能量的吸收程度是叶子中总水分含量的函数，即是叶子水分百分含量和叶子厚度的函数。
随着叶子水分减少，植物中红外波段的反射率明显增大（Philip et al.,1978）
植被光谱反射曲率特征：
色素吸收决定着可见光波段的光谱反射率，细胞结构决定近红外波段的光谱反射率，而水汽吸收决定了短波红外的光谱反射率特性。
一般情况下，植被在350-2500nm范围内具有如下典型反射光谱特征:
(1)350一490nm谱段:由于400一450nm谱段为叶绿素的强吸收带，425一490nm 谱段为类胡罗卜素的强吸收带，380nm波长附近还有大气的弱吸收带，故350一490nm谱段的平均反射率很低，一般不超过10%，反射光谱曲线的形状也很平缓;
(2)490一600mn谱段:由于550nm波长附近是叶绿素的强反射峰区，故植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和中等的反射率数值(约在8-28%之间); (3)600一700nm谱段:650一700nm谱段是叶绿素的强吸收带，610、660nm谱段是藻胆素中藻蓝蛋白的主要吸收带，故植被在600一700nm的反射光谱曲线具有波谷的形态和很低的反射率数值(除处于落叶期的植物群落外，通常不超过10%);
(4)700一750nm谱段:植被的反射光谱曲线在此谱段急剧上升，具有陡而近于直线的形态。
其斜率与植物单位面积叶绿素(a+b)的含量有关，但含量超过4一5mg.cm'2后则趋于稳定;
(5)750一1300nm谱段:植被在此波段具有强烈反射的特性(可理解为植物防灼伤的自卫本能)，故具有高反射率的数值。
此波段室内测定的平均反射率多在35一78%之间，而野外测试的则多在25一65%之间。
由于760nm,850nm,910nm,960nm 和1120nm等波长点附近有水或氧的窄吸收带，因此，750.1300nm谱段的植被反射光谱曲线还具有波状起伏的特点;
(6)1300一1600nm谱段:与1360一1470nm谱段是水和二氧化碳的强吸收带有关，植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和较低的反射率数值(大多在12一18%之间):
(7)1600一1830nm谱段:与植物及其所含水分的波谱特性有关，植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和较高的反射率数值(大多在20一39%之间); (8)1830一2080mn谱段:此谱段是植物所含水分和二氧化碳的强吸收带，故植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和很低的反射率数值(大多在6一10%之间);
(9)2080一2350nm谱段:与植物及其所含水分的波谱特性有关，植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和中等的反射率数值(大多在10一23%之间): (10)2350一2500mn谱段:此谱段是植物所含水分和二氧化碳的强吸收带，故植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和较低的反射率数值(大多在8一12%之间)。
1）对绿光（0.55）有一小的反射峰值，反射率大致为20%，这是绿色植物呈现绿色的原因。
注意这里也正是太阳光的光能峰值。
2）在红光处（0.68）有一吸收谷，这是光合作用吸收谷。
注意此处太阳光能仍很大，若吸收谷减小，则植被发黄、红。
3）在0.7~1.4与1.5~1.9有很高红外反射峰，反射率可高达70%以上，这两峰与前边红光波谷是植被光谱的特征。
这第一峰波长段还处在太阳光能波谱中主要能量分布区（0.2~1.4）占有全部太阳光能量90.8%，这是遥感识别植被并判断植被状态的主要依据。
4）在1.45至1.95有两处吸收谷，表明植被中水分含量。
5）不同种类植物反射光谱曲线的变化趋势相同，而植物与其它地物的反射光谱曲线显著不同，这是遥感可以估测生物量的基础。
6）植物叶片重叠时，反射光能量在可见光部分几乎不变，而在红外却可增加20~40%。
这是因为红外光可透过叶片，又经下层叶片重复反射。
叶片重叠反映作物长势旺盛，生物量高。
7)植物叶片可见光区反射率有显著的方向性，这是因为植物叶片反射（散射）不是纯粹的朗伯散射，还有方向性。
而在红外区方向性就不显著，这是因为红外光透射性好，透射后重复反射打扰了方向性。