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基于星—地遥感反演作物含水量的误差估计和模型应用

作　者: 许云
导　师: 张佳华
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: 植被含水量水分敏感波段红边参数复比指数 FMC EWT MODIS
分类号: TP79
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

作物水分含量的定量遥感研究,对于作物干旱的估测具有重要的研究价值。论文利用野外遥感结合相关农学参数测定,研究了不同水分处理下华北典型冬小麦生长区冠层光谱特征;基于水分特征波段反射率、红边参数、光谱指数和复比指数等特征参数,建立了不同的植被含水量统计反演模型,并利用相关系数、标准误差和相对误差对所建立的模型做了误差评价;然后,使用冬小麦各生育期的数据对建立的统计模型进行验证,并计算了实测值和估算值的相关系数及相对误差;最后,根据建立的统计模型,使用MODIS09A1数据反演得到冬小麦孕穗期华北地区作物含水量空间分布图。论文的主要研究成果和结论如下:(1)在水分特征波段反射率中,FMC(相对含水量,%)与R1450相关性最强(R= - 0.698),与R1940的相关性略弱(R= - 0.695);R970反演EWT(等价水厚度,g/cm2或cm)最好(R= 0.531)。红边参数与FMC具有稳定、显著的相关关系,相对误差均小于2%;红边参数与EWT的相关关系相对不稳定,相对误差也相对较大,但总体上,相关也系数比较高(达到0.01水平显著性水平)。表明利用红边参数反演植被含水量具有可行性。(2)在单一植被指数中,反演FMC(R=0.837)和EWT(R=0.683)最好的是NDVI,SR(RFMC=0.834,REWT=0.672)略次于NDVI;在水分指数中,NDII反演FMC(R=0.725)和EWT(R=0.378)最好的。研究发现:植被指数反演的好与坏,与植被指数所使用的水分敏感波段有一定的关系;同一植被指数与FMC的相关性比与EWT的相关性强。(3)与对应的水分指数相比,复比指数与FWC和EWT的相关系数有不同程度的提高,其中对EWT的相关系数提高明显。同一水分指数(CwVI),CwVI/SR与FMC和EWT的相关性明显强于CwVI/NDVI与FMC和EWT的相关性。虽然CwVI/SR反演FMC的结果好于EWT,但是CwVI/NDVI在反演FMC和EWT时却没有表现出明显的优劣差异。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 研究意义及背景  8-9
  1.2 植被含水量反演国内外研究进展  9-14
    1.2.1 基于光谱反射率的方法  9-10
      1.2.1.1 利用水分吸收特征波段直接反演植被含水量  9-10
      1.2.1.2 基于光谱分析技术所得特征参数反演植被含水量  10
    1.2.2 光谱指数法  10-12
      1.2.2.1 通过构造植被指数反演植被含水量  11
      1.2.2.2 复比指数的提出与应用  11-12
    1.2.3 辐射传输模型法  12-13
      1.2.3.1 辐射传输模型的原理与比较  12
      1.2.3.2 PROSPECT、SAIL 和PROSAIL 模型的应用研究  12-13
    1.2.4 FMC 和EWT 的反演及其关系的研究  13-14
  1.3 研究内容和技术路线  14-16
第二章田间试验及数据预处理  16-24
  2.1 研究区域及试验基地简介  16-17
    2.1.1 研究区域概况  16-17
    2.1.2 试验基地概况  17
  2.2 试验设计及测定内容  17-19
    2.2.1 试验目的和试验设计  17-18
    2.2.2 测定内容与方法  18-19
  2.3 试验数据预处理  19-21
    2.3.1 光谱数据预处理  19-21
      2.3.1.1 筛选光谱数据  20-21
      2.3.1.2 光谱平滑  21
    2.3.2 农学参数预处理  21
  2.4 模型的评价方法  21-24
第三章基于冠层光谱反射率反演植被含水量  24-32
  3.1 冬小麦冠层光谱特征分析  24-25
  3.2 冬小麦冠层叶片含水量与冠层光谱反射率的相关分析  25-26
  3.3 水分特征波段反射率反演叶片含水量  26-28
  3.4 红边参数反演植被含水量  28-32
    3.4.1 红边参数定义及计算方法  28-29
    3.4.2 红边参数反演植被含水量  29-32
第四章基于光谱指数反演植被含水量  32-46
  4.1 使用光谱指数反演植被含水量  32-38
    4.1.1 植被指数简介  32-33
    4.1.2 指数随时间变化的结果  33-35
    4.1.3 使用植被指数反演冠层叶片含水量  35-38
  4.2 使用复比指数反演植被含水量  38-43
    4.2.1 复比指数简介  38-39
    4.2.2 复比指数反演FMC  39-41
    4.2.3 复比指数反演EWT  41-42
    4.2.4 复比指数反演FMC 和EWT 对比分析  42-43
  4.3 水分指数与复比指数反演对比  43-46
第五章模型推广应用及遥感制图  46-55
  5.1 植被含水量统计模型在各生育期的应用  46-48
  5.2 遥感制图  48-55
    5.2.1 MODIS 数据简介  48
    5.2.2 MODIS 数据说明及预处理  48-49
    5.2.3 遥感应用制图  49-53
    5.2.4 模型应用结果验证  53-55
第六章结论与展望  55-58
  6.1 主要结论  55-56
  6.2 存在问题与展望  56-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
个人简介  64

基于星—地遥感反演作物含水量的误差估计和模型应用

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