[发明专利]基于光谱分析的陆表植被冠层生态水含量遥感反演方法

说明书

本发明公开了一种基于光谱分析的陆表植被冠层生态水含量遥感反演方法，包括以下步骤：(1)实测植被冠层光谱数据和生化数据，生化数据包括鲜重、干重和叶面积；(2)对实测光谱数据进行预处理和光谱特征提取：进行水汽噪声去除、光谱微分计算及包络线去除；(3)依据实测植被反射光谱特征，计算提取所需的植被指数；(4)对植被野外实测光谱数据与生化数据进行相关性分析，建立所计算植被指数与植被含水量的模型；(5)分析遥感影像光谱特征，结合实测数据所建立的植被含水量模型，实现植被冠层生态水遥感定量反演。利用该方法能够实现对植被冠层生态水含量的动态监测，且监测准确性高。

技术领域

本发明涉及生态水含量监测领域，具体涉及一种基于光谱分析的陆表植被冠层生态水含量遥感反演方法。

背景技术

生态水(层)为地球表面植被层，包括叶面、枝干、根系、腐殖层、表层植被根系土壤层中及植物体本身所能截留(滞留)或涵养的水量，这部分水主要与地球表面的植被密切相关，围绕植被层形成水循环的一个特殊转换带或过渡带，它的存在形式与运动形式都有别于地表水与地下水，其水量能用于蒸发、调剂补给地表与地下水。

植被冠层含水量是指陆表植被生态水中所包含的植被冠层生态水含量，它是一种动态变化的资源。植被冠层生态水含量与所处环境密切相关，受时间、空间的影响较大。

现有水分量化方法主要是针对地下水、土壤水及地表水的各自特征进行单独研究，通常采用普遍的方法来分析其水文循环过程及量化水分。对陆表植被冠层生态水的复杂性和动态性认知不足，没有提出系统的、准确的植被冠层生态水量化方法，难以准确描述植被冠层生态水层的时空特征和复杂性，难以准确刻画其分布结构及量化植被冠层生态水的含水量。同时，针对环境恶劣的中国西部地区(特别是川西高原)，采用常规方法获取的调查数据，现势性较差，难以反映西部地区最新的植被冠层生态水状况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开基于光谱分析的陆表植被冠层生态水含量遥感反演方法，利用该方法能够实现对植被冠层生态水含量的动态监测，且监测准确性高。

本发明通过下述技术方案实现：

基于光谱分析的陆表植被冠层生态水含量遥感反演方法，包括以下步骤：

(1)实测植被冠层光谱数据和生化数据，生化数据包括鲜重、干重和叶面积；

(2)对实测光谱数据进行预处理和光谱特征提取：进行水汽噪声去除、光谱微分计算及包络线去除；

(3)依据实测植被反射光谱特征，计算提取所需的植被指数；

(4)对植被野外实测光谱数据与生化数据进行相关性分析，建立所计算植被指数与植被含水量的模型；

(5)分析遥感影像光谱特征，结合实测数据所建立的植被含水量模型，实现植被冠层生态水遥感定量反演。

其中，步骤(1)中，测得实测植被冠层生化数据后，对实测植被冠层含水量进行计算，采用等效水层厚度植被含水量进行相关计算，其计算公式为：

其中，EWT为等效水层厚度植被含水量，有量纲(g.cm^-2)，A表示对应植被的叶片总面积，单位为cm²，FW为植被鲜重，DW为植被干重；

为消除植被覆盖的影响，将叶面积指数LAI引入EWT，因此，新的等效水层厚度植被冠层含水量用EWTc表示，其计算为：

进一步的，步骤(2)中，对实测光谱数据进行预处理和光谱特征提取的具体步骤为：

(21)水汽噪声去除：剔除水汽噪声主要集中的波段区间，在消除水汽影响同时考虑到后期建模时与遥感数据光谱波段相匹配，再通过平滑处理消除采集的光谱数据的“毛刺噪声”；