南京大学国际地球系统科学研究所 遥感物理讲座-4地物反射辐射.pptVIP

《遥感物理》课程讲座-4----地物反射辐射 田 庆 久 南京大学国际地球系统科学研究所 2005年3月17日 光合色素的光谱特性 土壤分类 A 有机质控制类型 B 最小改变类型 C 铁影响类型 D 有机质影响类型 E 铁控制类型 图 5种土壤光谱类型 （A）有机质控制类型。该类土壤光谱曲线在0.40到1.3μm波段范围反射率低，曲线平直，斜率小变化不大，在短波红外波段曲线形状稍微台升和下凹，其变化幅度也不大，在1.45μm、1.95μm处具有较强的水吸收带。这类土壤富含有机质，中细结构，通常其光谱反射率随土壤中的有机含量的增加而减小。 （B）最小改变类型。该类土壤光谱曲线在可见光波段上升很快，斜率巨增，在近红外波段波段趋于平缓但反射率较高，在短波红外波段下降迅速，使整个光谱曲线形成上凸形状；除了在1.45和1.95μm附近存在强烈的水吸收峰外，在1.20和1.77μm存在弱的水吸收峰。 （C）铁影响类型。该类土壤光谱曲线在0.70μm附近有弱的铁氧化物吸收峰，在0.90μm附近有较强的铁吸收峰，这类土壤有机质含量低，含铁量中等。 （D）有机质影响类型。该类土壤光谱曲线形状在0.40到0.75μm下凹，但从0.75到1.30μm又微上凸。这类土壤富含有机质但不如第一种类型含量多到被控制，中粗结构。 （E）铁控制类型。该类土壤光谱曲线在可见光波段上升迅速，形成陡峻，但在0.75μm以后反射率随波长增加而下降，并且在短波红外波段吸收强烈，以致1.45和1.95μm处水吸收特征几乎消失，整个光谱曲线成细波浪状。这一类型土壤富含铁，细结构。 五、植被反射光谱特性 电磁辐射与植物的相互作用过程中，植物叶子对辐射的反射、吸收、透射满足能量平衡方程： r十?十?＝1。决定植物光谱特性的因素，是叶子的色素成分、叶子的细胞结构及叶子的含水量。 绿色叶子在不同光谱段的反射、吸收和透射比例的变化具有生态意义。绿色叶子在0.5-0.6μm（绿波段）有一明显反射峰，在0.6-0.76μm（红波段）较低，在0.76μm附近急剧上升，形成所谓植被“红边”。 在0.7-1.3μm近红外区反射率一般为40～50％，主要是植被叶子细胞结构多次反射散射的结果。1.3μm以后反射波谱区位于1.4μm、1.9μm及2.7μm处三个叶子内部液态水强烈吸收引起的明显低谷。 叶片木质素的吸收峰表现在1.5-1.7μm和2.3μm附近，葡萄糖的吸收峰在1.6和2.15μm附近，蛋白质的吸收峰在1.5μm、1.75μm、2.05μm、2.15μm和2.3μm附近，但这些吸收峰由于绿色叶片水的影响往往表现不太明显。 图 绿色植被的反射光谱特征 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 叶绿素b多 叶绿素a 少 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a多 叶绿素b 少 胆藻素 当植物进入衰老期或遭受病虫害时，叶绿素大量减少，叶红素与叶黄素相对增加，植物的光谱特性随之变化，出现吸收谱带与反射峰“红移”的现象(即特征谱带向长波方向转移)。 在0.65μm附近出现高反射绿，使树叶呈现红色。 色素的差别对叶子光谱特性的支配作用。由于所含色素不相同，它们在0.5一0.7μm的光谱差别十分明显，但在0．7—2.5μm波长范围内，光谱的形状相类似。 叶子中的水分导致红外波段中出现吸收带，其中波长为1．4μm和1．9μm及2．6μm的水吸收带，对叶子反射率的影响最大。0.96μm与1.1μm处的水吸收带的强度虽然较弱，但在叶片交叠状况下，它们对反射率的影响不可忽略。 在1.3-2.5微米波长范围内，叶子的反射和透射辐射各占入射辐射的一半，而被叶子吸收的辐射则极少。植物中的含水量直接影响它在 该波长范围内的反射率值，大部分入射辐射被叶子中的水分所吸收，其余的被叶子反射。 图 不同水分含量小麦叶片光谱曲线 图 不同树种光谱特征比较 图 受金属毒害的植被光谱红边蓝移 植物生长的土壤中所含的金属元素种类及数量，对于植物的光谱特性也产生明显的影响。图 示出生长在一般土壤与富含铜、钼元素土壤中的植物的反射光谱特性曲线。 不同的树种，对于含金属元素与不含金属元素土壤的适应性是有区别的。 植被干叶片光谱特征： 绿色叶子失水变干后其反映其各种组分的光谱特征才能明显地表现出来(如图 )。相应叶子不同生化组分（如纤维素、木质素、蛋白质、油、糖和淀粉等）的 光谱特征吸收峰 中常被绿色叶子的叶绿素、水、细胞结构的光谱特征所掩盖而表现不明显，因此，在高光谱遥感植被生化组分探测研究中，需要对原光谱进行转换或者利用几个波段进行组合来实现并提高识别精度。 图 植被绿色叶片与干叶片光谱特性比较 序号 波段(微米) 光谱特征成因