基于高光谱建立植物叶面滞尘含量估算模型及PROSPECT模型反演精度评价

发布时间：2020-09-22 13:07

　　 植物叶表具有滞尘作用,可有效吸附大气污染物质,从而使大气中的颗粒性污染物附着于叶片表面形成叶面尘。叶面尘对于检测植物生长胁迫以及监测大气环境污染等具有重要意义。本研究通过测量中亚热带常见绿化树种红叶石楠(Photinia×fraseri Dress)、香樟(Cinnamomum camphora(L.)Presl.)、月桂(Laurus nobil is)的叶面尘含量以及有尘和无尘状态下叶片的反射光谱。分析叶面尘对叶片反射光谱的影响,并通过相关性分析筛选出叶面尘的敏感波段和指数建立叶面尘多元回归估算模型。此外,本研究还对叶面尘引起PROSPECT模型反演生化参数精度的影响进行了探讨。本文主要研究结果如下:(1)叶面尘附着叶表会造成叶片光谱反射率发生变化,在400-700nm可见光波段以及大于1300nm的远红外波段,红叶石楠、香樟、月桂的反射光谱受叶面尘影响变化规律是不一致的,但是在800-1200 nm中随叶面尘含量的减小叶片反射率却会随之增加,此外,叶面尘对叶片反射率三边位置改变不大,叶面尘的覆盖不会造成红移,但是叶片‘三边面积’值有所增加。(2)通过对反射光谱求多阶导数及对数光谱,对比研究发现含叶面尘叶片的反射光谱同叶面尘含量敏感的波段主要集中在可见光和近红外光波段。对叶面尘含量同原始叶片反射光谱的归一化指数、比值指数、差值指数进行相关性分析,提取叶片反射光谱中对叶面尘敏感的构造指数参数。结果表明光谱指数中归一化和差值指数同叶表滞尘量的相关性较高,比值指数较低。(3)通过一阶导数,二阶导数、对数光谱和原始光谱进行敏感性分析后提取敏感波段及指数建立的基于敏感波段和指数的叶面尘多元回归估算模型,在三个树种的滞尘能力估算模型中估算叶面尘效果较好的是月桂,通过构造指数和敏感波段建立的估算模型决定系数都达到0.7以上,其中基于敏感波段建立的估算模型精度可达0.809;红叶石楠基于敏感波段和光谱指数建立的估算模型决定系数相差不大分别为0.7036和0.748;香樟的叶面尘估算模型中,基于敏感波段要比基于构造指数的精度高;总体来说基于敏感波段的估算效果要优于构造指数。(4)叶面尘对反射光谱存在一定影响,附着至叶片表面会导致叶表光学属性发生变化。通过控制实验获取有尘无尘状态下反射光谱,基于PROSPECT模型进行反演对比发现有尘状态下反演的生化参数值均低于无尘状态下的反演值。为消除叶面尘影响下反演值偏低问题,该文通过添加叶表粗糙度参数,在一定程度上解决了反演生化参数偏低问题,其中反演叶绿素含量、单位面积水含量、单位面积干物质含量的决定系数分别达到0.7405、0.7274、0.4203。同时模拟叶片反射率值同实测光谱比较RMSE均小于0.018,相比原有模型,改进模型在反演生化参数和模拟反射光谱上精度都有一定提高。
【学位单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X51
【部分图文】：

技术路线图

红叶石楠的反射值依然高于香樟和月桂，红叶石楠在1920 到 2500nm 波段范围中三树种的平均反射率基本比红叶石楠和金桂有所降低，在 2220nm 的反射峰种均大于 0.1735%。不同树种光谱曲线的反射率在不谱反射率可以作为我们判断树种的一个重要依据。但化是趋于一致的。表 3-1 叶面尘含量统计模样本 验证样本最 大 值（g/cm2）最 小 值（g/cm2）平 均 （g/cm60 20 0.001436 0.000856 0.001150 20 0.003244 0.001135 0.002360 20 0.001319 0.000868 0.0010

16图 3.2 为三个树种除尘前后反射光谱曲线，从图中可以看出叶面尘对叶片的反射率存在一定影响，在 400-700 波段范围内可以发现叶面尘对叶片反射率是起到增强的效果，有尘叶片的反射率基本是大于无尘状态下的叶片反射率，在750-1250nm 范围内则刚好相反，叶面尘对反射率起到削弱的效果，三个树种在无尘时的叶片反射率更高。在 1600-1800nm 波段范围内叶面尘也是起到对反射率增强的效果。对于不同树种而言叶面尘对叶片反射率所起到的增强和削弱效果是不一致的，在 750-1250nm 波段内有尘叶片和无尘叶片的反射率差值红叶石楠最大为

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本文编号：2824429