定量遙感在生態學研究中的基礎應用

■王娜

（青海省地礦測繪院 青海 西寧810001）

定量遙感在生態學研究中的基礎應用

■王娜

（青海省地礦測繪院 青海 西寧810001）

近年來，全球變化問題越來越突出，其是一種存在于不同時空尺度的環境和生物相互作用之下的動態和格局變化，對全球變化的研究需要大量的時空尺度的數據，這一數據的重要來源就是不同時空分辨率的遙感影像圖。本文主要從遙感的功能出發，介紹遙感應用在生態系統參數的提取、植被覆蓋的分類、生態系統模型等方面研究的基礎情況，希望可以為生態研究提供思路，以進一步應用遙感解決聲討學研究中的相關問題。

定量遙感生態學研究基礎應用

隨著社會的飛速發展和進步，多時相多分辨率的遙感數據越來越多的被應用到全球生態學和景觀生態學之中。從遙感的功能上來看，生態學研究可以從遙感數據中獲得生態系統的特征參數以及植被覆蓋類型，在此基礎上結合其他的非遙感數據就可以在較大范圍上來研究生態系統的演化過程[1]。目前在遙感數據中提取陸地表面生物物理信息構建模型的工作已經取得了非常大的進展，通過遙感的反演過程獲得了地面的物理參數，其中包括：葉面積指數、地面反照率等，這些參數均可以作為陸地生態系統碳循環模型中的參量或者是變量。本文主要從遙感的功能出發，介紹遙感應用在生態系統參數的提取、植被覆蓋的分類、生態系統模型等方面研究的基礎情況。

1 遙感植被覆蓋分類

植被覆蓋分類是全球變化、陸地生態系統碳循環、景觀格局與動態等生態學研究的基礎。通過遙感技術獲得的影響，可以識別土地覆蓋類型和確定土地面積。在土地覆蓋類型的分類方法張主要有：數理統計分類、目視解譯法、人工神經網絡分類、多源信息分類、上下文關系分類分析。在遙感植被覆蓋分類過程中主要需要注意以下幾方面的問題：（1）確定分類體系；（2）選擇分類指標；（3）地物特征識別技術；（4）混合像源的分解技術[2]。目前在全球范圍沒有許多的植被覆蓋分類系統，這些系統的研究方法不一致，因此有必要再全球范圍內建立統一的植被覆蓋分類系統，以更加適應全球生態的研究。選擇正確的分類指標有助于正確的識別地物，同時植被的歸一化的指數、植被生物物理參數以及光譜特征曲線可以廣泛的被應用到植被的分類研究中。地物特征識別技術的使用提高了植被的分類與識別精度。

2 生態系統參數遙感

2.1 環境參數的獲取

2.1.1 地面反照度

地面反照度是指地表反射輻射和太燙散射量之間的比值，地面反照度的測量工作正常情況下是在清空的條件下進行測量，表示為百分比。通過地面同步衛星傳感器和幾個極軌提供的反射數據來對地表反照度進行估計。

2.1.2 地表溫度

裸地的地表、覆蓋有植被的冠層表面均具有熱輻射。土地表面的溫度一般情況下是由入射的太陽輻射決定，但是同時也受到大氣和地表熱慣量、土壤水分以及反照度等因子的影響。在覆蓋有植被的冠層表面的溫度直接收蒸散的控制，間接的受根系水分的影響。地表溫度計算中使用較多的數據是AVHRR數據，計算地表溫度的方法中分為理論方法和實驗方法。理論方法是利用求解輻射傳輸方程，以消除大氣的影響，最終求出地表溫度。實驗方法則是直接在實際工作中使用地表定標，測出在傳感器過頂時的地表溫度，進而利用所獲得數據建立圖像灰度值和地表輻射能量值之間的一個回歸方程，最終求出地表溫度圖像[3]。

2.1.3 其他環境參數

通過遙感還可以獲得土壤濕度、比輻射率、反演太陽輻射、地表粗糙度等參數，同時光學遙感對于地表溫度、地表反射率以及植被參數等的獲取上面具有巨大的優勢，對于地表粗糙度和土壤濕度參數的獲取也具有一定的有效性。在土壤濕度參數的獲取上面微波遙感的前景更好，其不僅具有監視土壤水分的物理基礎，而且微波遙感還不受光照條件的限制，可以進行全天候的工作，同時對土壤和植被還具有一定的穿透力。因此今后遙感的一個重要研究方向就是微波遙感。在陸面研究的最終是要將獲得的地表參數和能量通量帶入路面的過程模式中，進而可以將陸面過程中的參數化進行改進，改進為全球性或者是區域性的模式。

2.2 植被參數的反演

2.2.1 葉面積指數

葉面積指數是指單位面積上的葉面積，其主要表征假想的垂直于地表的冠層圓柱體內有多少葉表面(或有效光合葉子)的因子。葉面積指數是描述冠層特征的重要參數其決定了植被可以接受的光輻射，其直接影響大氣和植被間的能量和物質交換。LAI可以通過野外小樣直接的進行破壞性觀測和通過冠層輻射傳播模型來進行間接的估計。目前發展的對地觀測系統就是通過反演NPP、FPAR、LAI，來獲得植被參數。

2.2.2 光合作用

植物對光反射綜合季相影響植物對光的吸收，因此光合有效輻射分量和之首的光合有效輻射可以間接的從遙感影像中獲得，例如NOAA甚高分辨率光譜儀(AVHRR)的第一、第二道數據計算的歸一化植被指數估算，其中fAPAR的公式為：

fAPAR=1.5(NDVI-0.1)[4]。

3 研究趨勢

目前定量遙感應用到了生態農業中的各個方面，但是一直以來探測植被的生化成分含量是定量遙感的難點之一，隨著成像光譜技術的發展和進步，也逐漸解決了這一難題。因此使用地物光譜數據，進一步的研究葉片化學特性和光譜特征的關系，以此來進一步通過遙感數據來估算化學組分的含量[5]。而且隨著新型傳感器和新型衛星平臺的發展也為研究生態學提供了更為豐富的數據來源，例如高光譜和MODIS等。目前定量遙感在生態學研究中已經被廣泛使用，且生態系統參數的反演已經趨于成熟，其他參數的反演也將隨著遙感技術的不斷提升、信息獲取量的加大而進一步發展和提升。

[1]張東霞,張繼賢,常帆,梁勇.遙感技術在主要糧食作物估產中的應用 [J].測繪科學. 2014(11)

[2]彭華蓉.衛星遙感技術在環境保護中的應用分析 [J].北方環境.2012(05)

[3]康宏民.遙感測繪技術在測繪工作中的應用研究 [J].科技創新與應用.2012(23)

[4]萬紅梅,李霞,董道瑞,劉歡.塔里木河下游林地樹冠QuickBird影像信息提取與分析[J].西北植物學報.2011(09)

[5]白元,徐海量,張鵬,趙新風,傅藎儀.塔里木河下游荒漠植物群落物種多樣性及其結構特征分析 [J].生態與農村環境學報.2012(05)

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-175-1