基于紅外熱成像的棉花水分狀況診斷研究.pdf

1、基于冠層溫度診斷作物水分狀況具有能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍內(nèi)作物群體快速測(cè)定、對(duì)植株不具破壞性等優(yōu)點(diǎn)，是大田作物缺水診斷的有效方法之一，同時(shí)也是利用衛(wèi)星或航天遙感資料監(jiān)測(cè)區(qū)域作物水分狀況的基礎(chǔ)。近年來，紅外熱成像技術(shù)得到快速發(fā)展，紅外熱成像儀可準(zhǔn)確反映觀測(cè)區(qū)域的溫度分布，為獲得準(zhǔn)確的作物冠層溫度提供了可靠手段。紅外熱成像儀在野外使用時(shí)，觀測(cè)方向、角度、距離等因素均會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響，但國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究對(duì)此均未有系統(tǒng)考慮。本文通過研究不同

2、觀測(cè)方向、角度和距離等因素對(duì)冠層溫度的影響，將CWSI與土壤含水率、葉水勢(shì)和氣孔導(dǎo)度進(jìn)行相關(guān)性分析，得出基于紅外熱成像儀的棉花水分狀況適宜監(jiān)測(cè)與診斷方法。在此基礎(chǔ)上，分析比較干、濕參考表面溫度與冠層溫度之間的關(guān)系，探索適合于華北地區(qū)的棉花CWSI簡(jiǎn)化計(jì)算模式，旨在推動(dòng)和加強(qiáng)我國(guó)在這方面的研究工作。
　　經(jīng)過研究與分析，主要結(jié)論如下：
　　(1)通過對(duì)紅外熱成像儀測(cè)量溫度的影響因素（發(fā)射率、背景溫度、角度和距離等）進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)

3、，隨著發(fā)射率值以0.1為單位減小，冠層溫度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，且差值越來越大，以常用的發(fā)射率0.96、097和0.98為研究對(duì)象，得出三者之間的溫度差異較小，所以在棉花試驗(yàn)中建議設(shè)定0.96～0.98為紅外熱成像儀的發(fā)射率；當(dāng)背景溫度設(shè)定在目標(biāo)物體溫度附近時(shí)，冠層溫度觀測(cè)值最準(zhǔn)確，低于或高于目標(biāo)物體溫度時(shí)，冠層溫度觀測(cè)值偏低，尤其是當(dāng)設(shè)定的背景溫度值高于目標(biāo)物體溫度時(shí)，冠層溫度觀測(cè)值會(huì)顯著降低，建議將背景溫度設(shè)定為接近或略低于目標(biāo)物體溫度

4、；觀測(cè)角度對(duì)冠層溫度的影響較大，垂直物體表面獲得溫度最大，隨著角度的減少，冠層溫度呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，建議以垂直角度拍攝物體熱圖像；隨著拍攝距離的增大，冠層溫度會(huì)出現(xiàn)衰減的情況，距離與溫度之間呈良好的冪函數(shù)關(guān)系，對(duì)較遠(yuǎn)距離的拍攝可以參考該公式進(jìn)行一定的溫度校準(zhǔn)。
　　(2)提出了CWSI的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算模式中干、濕參考表面確定方法，得出選取噴水1-1.5 min后的葉溫為下邊界溫度，涂抹凡士林1-1.5 min后的葉溫為上邊界溫度是合適的

5、，能夠分別代表氣孔處于完全蒸騰狀態(tài)時(shí)的葉溫和氣孔完全關(guān)閉沒有蒸騰作用時(shí)的葉溫。
　　(3)采用順、逆太陽(yáng)光分別與水平面呈30°、45°和垂直方向獲取棉花冠層溫度及 CWSI，通過分析不同方向CWSI與葉水勢(shì)、氣孔導(dǎo)度和土壤含水率的相關(guān)性，得出紅外熱成像儀以逆太陽(yáng)光、與水平面呈45°方向獲取的熱圖像更加科學(xué)，與LWP、gs和SWC均能建立更好的相關(guān)關(guān)系。
　　(4)通過分析比較干、濕參考表面溫度與冠層溫度之間的關(guān)系，基于 Jo