烏蘭布和沙漠邊緣幾種典型植被地物光譜特性研究

烏蘭布和沙漠位于內(nèi)蒙古西部，地處我國(guó)西北荒漠和半荒漠的前沿地帶，地理區(qū)域?yàn)闁|經(jīng)106°09'～106°57'，北緯39°16'～40°57'之間。是我國(guó)的主要沙漠之一。氣候?qū)僦袦貛У湫偷拇箨懶詺夂?，年平均降水?02.9mm，年均氣溫7.8℃，年均蒸發(fā)量2258.8mm，無(wú)霜期168d，光照3181h。烏蘭布和沙漠植物基本上都是沙生、旱生、鹽生類灌木和小灌木組成。

植被光譜的基本特征

(1)在可見(jiàn)光波段(400～670nm)有1個(gè)小的反射峰，兩側(cè)有2個(gè)吸收帶，即在450nm和670nm波段為反射低谷。

(2)在近紅外波段(680～740nm)有一反射的“陡坡”即為紅邊，1100nm附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。

(3)由于葉子內(nèi)部的液態(tài)水分的強(qiáng)烈吸收作用，在1400nm處有明顯的低谷。(4)此外在1600nm處也有反射峰。

圖1植被反射光譜曲線

總結(jié)

植被種類對(duì)光譜的影響

圖2不同植被反射光譜曲線

圖2是研究區(qū)域內(nèi)所測(cè)的白刺、稗草、紅柳、花棒、梭梭、油松苗的光譜反射曲線，其光譜特性與上面各波長(zhǎng)處的分析基本一致。在波長(zhǎng)為550nm附近，都存在1個(gè)10%左右的反射峰。在波長(zhǎng)為670nm附近，有明顯的吸收谷，這可能由葉子色素特別是葉綠素所決定。在800nm左右是一個(gè)相對(duì)平坦的、反射率高的區(qū)域，它可能由植被的細(xì)胞構(gòu)造所決定，6條曲線的反射峰值出現(xiàn)的位置基本相同，都在1100nm附近，在波長(zhǎng)為740～1280nm的區(qū)域，都有一段相對(duì)平坦但反射率較高的區(qū)域。

植被與板結(jié)地的反射光譜

白刺包與白刺包間板結(jié)地反射光譜特性曲線，白刺遵循植被特有的反射率光譜特性變化規(guī)律，見(jiàn)圖3。而白刺包間板結(jié)地為表面硬化的沙質(zhì)土壤的反射率光譜特性，在350～550nm之間二者反射率變化基本一致，在550nm之后由圖可以直接看出二者的區(qū)別。

圖3白刺包與白刺包間板結(jié)地反射光譜曲線

植被與生物結(jié)皮反射光譜

緣紅柳與生物結(jié)皮反射光譜，生物結(jié)皮在整個(gè)可見(jiàn)光～短波紅外范圍內(nèi)具有較小的反射率值，且在600～750nm范圍內(nèi)由于光合色素的吸收作用，具有比紅柳光譜斜率更小的反射光譜曲線，生物結(jié)皮在600～750nm具有明顯的吸收特征。

圖4紅柳與生物結(jié)皮反射光譜

植被與水體的反射光譜

由圖6可以看出水體在560nm附近出現(xiàn)波峰即反射率達(dá)到最大值與紅柳的最大反射率差距較大，水體從680nm以后近紅外光區(qū)反射率逐漸減小，在1470nm處吸收率幾乎達(dá)到最大值，而紅柳則依照植被的反射率光譜特性一直增加到1100nm附近達(dá)到最大值后才降低，這與水體反射率截然不用，從這兩點(diǎn)我們可以區(qū)分紅柳與水渠水體的反射光譜。

圖5紅柳與水渠水體的反射光譜

植被與道路的反射光譜

在350～580nm之間二者反射率變化都比較大，但硬土路的斜率更大，波長(zhǎng)在680nm硬土路的反射率持續(xù)增加到2090nm處達(dá)到最大，而新修柏油路則幾乎不增加，由此可以區(qū)分新修柏油路與硬土路的反射光譜，二者反射率曲線隨波長(zhǎng)的增加也持續(xù)增加或緩慢增加即變化幅度很小與植被的反射光譜特性截然不同，見(jiàn)圖6。

圖6植被與道路的反射光譜

結(jié)論

(1)植被的反射光譜曲線變化基本一致，可區(qū)分的波段在680～740nm的紅邊斜率以及740～1280nm的反射峰值。

(2)由于白刺包的擋風(fēng)、積水等作用使的在其包間產(chǎn)生板結(jié)地，白刺包與白刺包間板結(jié)地在350～550nm之間二者反射率曲線變化基本一致，在550nm之后二者的曲線變化截然不同。

(3)生物結(jié)皮在600～750nm范圍內(nèi)由于光合色素的吸收作用具有比紅柳光譜斜率更小的反射光譜曲線，同時(shí)，生物土壤結(jié)皮并不像綠色植被一樣顯示出550nm的反射峰。以上兩點(diǎn)可用來(lái)區(qū)分植被與生物結(jié)皮的反射光譜曲線。

(4)水體在560nm附近出現(xiàn)波峰即反射率達(dá)到最大值與紅柳的最大反射率差距盛大，水體從680nm以后近紅外光區(qū)反射率逐漸減小，在1470nm處吸收率幾乎達(dá)到最大值，而植被(紅柳)則依照植被的反射率光譜特性一直增加到1100nm附近達(dá)到最大值后才降低，這與水體反射率截然不用，從這兩點(diǎn)我們可以區(qū)分植被(紅柳)與水渠水體的反射光譜。

(5)新修柏油路與硬土路在350～580nm之間二者反射率變化都比較大，但硬土路的斜率更大，波長(zhǎng)在680nm硬土路的反射率持續(xù)增加在2090nm處達(dá)到最大，而新修柏油路則幾乎不增加。

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審核編輯 黃宇