大型沉水植物遙感監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、沉水植物的恢復(fù)是水體環(huán)境和生態(tài)綜合整治的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法往往受到水環(huán)境的限制，所以需要有合適的技術(shù)對(duì)其分布與生長(zhǎng)狀況進(jìn)行大尺度、快速、動(dòng)態(tài)和綜合監(jiān)測(cè)。本研究從地物光譜特征和遙感影像處理兩方面對(duì)大型沉水植物的遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)行了探討和研究。 選擇上海地區(qū)常見(jiàn)的大型沉水植物為研究對(duì)象，利用ASD便攜式地物光譜儀，分別從以下幾個(gè)方面對(duì)沉水植物的地物光譜特征進(jìn)行研究： 1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同蓋度/生物量苦

2、草 (Vallisneria spiralis) 的光譜反射率，建立蓋度/生物量與光譜反射率的函數(shù)關(guān)系； 2) 在上海市“夢(mèng)清園”人工濕地，通過(guò)人工控制實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同蓋度/生物量/水深條件下苦草的光譜反射率，建立蓋度/生物量/水深與光譜反射率的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)對(duì)不同種類沉水植物(苦草Vallisneria spiralis、伊樂(lè)藻Elodea canadensis、狐尾藻 Myriophyllum spicatum和菹草Pota

3、mogeton crispus)的反射光譜特征進(jìn)行研究，找出識(shí)別不同種類沉水植物的最佳波段； 3) 于2005年9月、2005年11月和2006年4月，對(duì)上海市崇明東灘國(guó)際濕地公園人工湖中不同蓋度狐尾藻的反射光譜進(jìn)行野外實(shí)測(cè)，提取植被指數(shù)(NDVI、RVI)、光譜指數(shù)(EGFR、ddRE)和光譜參數(shù)(“紅邊”和“綠峰”，建立蓋度/植被指數(shù)/光譜指數(shù)與光譜反射率的函數(shù)模型，并通過(guò)對(duì)“紅邊”和“綠峰”位置及光譜指數(shù)(EGFR、dd

4、RE)變化的分析，對(duì)不同季節(jié)沉水植物狐尾藻的光譜特征進(jìn)行研究。 結(jié)果表明：(1)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)、室外控制實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)中，苦草和狐尾藻群落在綠光波段和近紅外波段的光譜反射率都隨著蓋度/生物量的增大而升高。不同蓋度/生物量苦草和狐尾藻的光譜反射率之間的差異都主要表現(xiàn)在500-650nm和700-900nm波段范圍。(2)不同種類沉水植物的光譜特征也有所不同，差異主要表現(xiàn)在700-900nm(近紅外波段)。 (3)在400-9

5、00nm范圍內(nèi)水深與苦草光譜反射率均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。(4)隨沉水植物狐尾藻群落蓋度的降低，其對(duì)應(yīng)的RVI和NDVI也有所下降，并且狐尾藻蓋度和對(duì)應(yīng)RVI、NDVI的關(guān)系可以用線性關(guān)系較好的表示(NDVI，R<'2>=0．7785)、 (RVI，R<'2>=0.7073)。 (5)狐尾藻群落在各生長(zhǎng)季都有較獨(dú)特的光譜特征，并且隨季節(jié)的變化EGFR、ddRE和“綠峰”、“紅邊”都呈現(xiàn)規(guī)律性變化。(6)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)與室外/野外實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)的主要差

6、別在于水體環(huán)境和底質(zhì)的不同。水體中的藻類和其它懸浮物質(zhì)會(huì)改變沉水植物在近紅外波段的反射光譜特征。 在進(jìn)行沉水植物地物光譜特征研究的同時(shí)，對(duì)2005年9月獲得的崇明東灘國(guó)際濕地公園人工湖的QuickBird遙感影像進(jìn)行輻射校正，并將同時(shí)期獲得的人工湖中狐尾藻蓋度與反射率的函數(shù)模型與輻射校正后的圖像結(jié)合，分別對(duì)4個(gè)單波段光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得到4個(gè)單波段的人工湖沉水植物蓋度反演圖。通過(guò)實(shí)地驗(yàn)證，確定利用第4波段(760-900nm，

7、近紅外波段)進(jìn)行反演的效果最好，誤差較小。在此基礎(chǔ)上將沉水植物蓋度人為劃分為不同等級(jí)，通過(guò)目視判讀，得到人工湖區(qū)各類地物及各等級(jí)沉水植物蓋度分布圖。 本研究將地物光譜信息與QuickBird遙感影像相結(jié)合，通過(guò)最佳波段的篩選和組合，利用建立的光譜信息與水生植物生物物理參數(shù)關(guān)系對(duì)沉水植物蓋度進(jìn)行了大尺度估算，為水生植被資源的開(kāi)發(fā)保護(hù)、水體環(huán)境綜合整治與生態(tài)修復(fù)提供可借鑒的科學(xué)依據(jù)，為大尺度、快速、動(dòng)態(tài)和綜合遙感監(jiān)測(cè)沉水植物的時(shí)空