定量遙感在生態(tài)學(xué)研究中的基礎(chǔ)應(yīng)用

■王娜

（青海省地礦測(cè)繪院 青海 西寧810001）

定量遙感在生態(tài)學(xué)研究中的基礎(chǔ)應(yīng)用

■王娜

（青海省地礦測(cè)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(shí)空尺度的環(huán)境和生物相互作用之下的動(dòng)態(tài)和格局變化，對(duì)全球變化的研究需要大量的時(shí)空尺度的數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)的重要來源就是不同時(shí)空分辨率的遙感影像圖。本文主要從遙感的功能出發(fā)，介紹遙感應(yīng)用在生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的提取、植被覆蓋的分類、生態(tài)系統(tǒng)模型等方面研究的基礎(chǔ)情況，希望可以為生態(tài)研究提供思路，以進(jìn)一步應(yīng)用遙感解決聲討學(xué)研究中的相關(guān)問題。

定量遙感生態(tài)學(xué)研究基礎(chǔ)應(yīng)用

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，多時(shí)相多分辨率的遙感數(shù)據(jù)越來越多的被應(yīng)用到全球生態(tài)學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)之中。從遙感的功能上來看，生態(tài)學(xué)研究可以從遙感數(shù)據(jù)中獲得生態(tài)系統(tǒng)的特征參數(shù)以及植被覆蓋類型，在此基礎(chǔ)上結(jié)合其他的非遙感數(shù)據(jù)就可以在較大范圍上來研究生態(tài)系統(tǒng)的演化過程[1]。目前在遙感數(shù)據(jù)中提取陸地表面生物物理信息構(gòu)建模型的工作已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)展，通過遙感的反演過程獲得了地面的物理參數(shù)，其中包括：葉面積指數(shù)、地面反照率等，這些參數(shù)均可以作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型中的參量或者是變量。本文主要從遙感的功能出發(fā)，介紹遙感應(yīng)用在生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的提取、植被覆蓋的分類、生態(tài)系統(tǒng)模型等方面研究的基礎(chǔ)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(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、景觀格局與動(dòng)態(tài)等生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)。通過遙感技術(shù)獲得的影響，可以識(shí)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(shù)理統(tǒng)計(jì)分類、目視解譯法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類、多源信息分類、上下文關(guān)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(biāo)；（3）地物特征識(shí)別技術(shù)；（4）混合像源的分解技術(shù)[2]。目前在全球范圍沒有許多的植被覆蓋分類系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的研究方法不一致，因此有必要再全球范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的植被覆蓋分類系統(tǒng)，以更加適應(yīng)全球生態(tài)的研究。選擇正確的分類指標(biāo)有助于正確的識(shí)別地物，同時(shí)植被的歸一化的指數(shù)、植被生物物理參數(shù)以及光譜特征曲線可以廣泛的被應(yīng)用到植被的分類研究中。地物特征識(shí)別技術(shù)的使用提高了植被的分類與識(shí)別精度。

2 生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)遙感

2.1 環(huán)境參數(shù)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(cè)量工作正常情況下是在清空的條件下進(jìn)行測(cè)量，表示為百分比。通過地面同步衛(wèi)星傳感器和幾個(gè)極軌提供的反射數(shù)據(jù)來對(duì)地表反照度進(jìn)行估計(jì)。

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(shí)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(jì)算中使用較多的數(shù)據(jù)是AVHRR數(shù)據(jù)，計(jì)算地表溫度的方法中分為理論方法和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法則是直接在實(shí)際工作中使用地表定標(biāo)，測(cè)出在傳感器過頂時(shí)的地表溫度，進(jìn)而利用所獲得數(shù)據(jù)建立圖像灰度值和地表輻射能量值之間的一個(gè)回歸方程，最終求出地表溫度圖像[3]。

2.1.3 其他環(huán)境參數(shù)

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(shù)，同時(shí)光學(xué)遙感對(duì)于地表溫度、地表反射率以及植被參數(shù)等的獲取上面具有巨大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于地表粗糙度和土壤濕度參數(shù)的獲取也具有一定的有效性。在土壤濕度參數(shù)的獲取上面微波遙感的前景更好，其不僅具有監(jiān)視土壤水分的物理基礎(chǔ)，而且微波遙感還不受光照條件的限制，可以進(jìn)行全天候的工作，同時(shí)對(duì)土壤和植被還具有一定的穿透力。因此今后遙感的一個(gè)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(shù)和能量通量帶入路面的過程模式中，進(jìn)而可以將陸面過程中的參數(shù)化進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)為全球性或者是區(qū)域性的模式。

2.2 植被參數(shù)的反演

2.2.1 葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)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(nèi)有多少葉表面(或有效光合葉子)的因子。葉面積指數(shù)是描述冠層特征的重要參數(shù)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(zhì)交換。LAI可以通過野外小樣直接的進(jìn)行破壞性觀測(cè)和通過冠層輻射傳播模型來進(jìn)行間接的估計(jì)。目前發(fā)展的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)就是通過反演NPP、FPAR、LAI，來獲得植被參數(shù)。

2.2.2 光合作用

植物對(duì)光反射綜合季相影響植物對(duì)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(shù)據(jù)計(jì)算的歸一化植被指數(shù)估算，其中fAPAR的公式為：

fAPAR=1.5(NDVI-0.1)[4]。

3 研究趨勢(shì)

目前定量遙感應(yīng)用到了生態(tài)農(nóng)業(yè)中的各個(gè)方面，但是一直以來探測(cè)植被的生化成分含量是定量遙感的難點(diǎn)之一，隨著成像光譜技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，也逐漸解決了這一難題。因此使用地物光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)一步的研究葉片化學(xué)特性和光譜特征的關(guān)系，以此來進(jìn)一步通過遙感數(shù)據(jù)來估算化學(xué)組分的含量[5]。而且隨著新型傳感器和新型衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展也為研究生態(tài)學(xué)提供了更為豐富的數(shù)據(jù)來源，例如高光譜和MODIS等。目前定量遙感在生態(tài)學(xué)研究中已經(jīng)被廣泛使用，且生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的反演已經(jīng)趨于成熟，其他參數(shù)的反演也將隨著遙感技術(shù)的不斷提升、信息獲取量的加大而進(jìn)一步發(fā)展和提升。

[1]張東霞,張繼賢,常帆,梁勇.遙感技術(shù)在主要糧食作物估產(chǎn)中的應(yīng)用 [J].測(cè)繪科學(xué). 2014(11)

[2]彭華蓉.衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用分析 [J].北方環(huán)境.2012(05)

[3]康宏民.遙感測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工作中的應(yīng)用研究 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(xué)報(bào).2011(09)

[5]白元,徐海量,張鵬,趙新風(fēng),傅藎儀.塔里木河下游荒漠植物群落物種多樣性及其結(jié)構(gòu)特征分析 [J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào).2012(05)

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-175-1