滯塵對城市植物光譜特征及含水量、色素濃度反演的影響.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的不斷加快，城市粉塵污染日益成為居民關(guān)注的空氣污染問題。植物不僅可通過覆蓋裸地、吸附、降低風(fēng)速等方式降低空氣中粉塵的濃度，并且植物滯留粉塵的能力在一定條件下具有永久性。雖然植物具有滯留粉塵的能力，但粉塵同樣會對植物產(chǎn)生影響。這已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并成為了熱門研究課題之一。
　　本文的研究數(shù)據(jù)主要為2016年4月初到8月底對不同城市功能區(qū)內(nèi)目標(biāo)樹種的冠層及葉片光譜（ASD光譜儀）、相應(yīng)的滯塵量數(shù)

2、據(jù)（萬分之天平）、冠層和葉片雙尺度的含水量（烘烤法）和色素濃度數(shù)據(jù)（化學(xué)溶劑法）等。基于上述數(shù)據(jù)本文首先分析了滯塵或不同滯塵量對植物反射光譜特征和紅邊位置的影響;接著分析了滯塵前后不同含水量水平及不同色素濃度等級下的葉片反射光譜特征變化;最后，在上述研究的基礎(chǔ)上分析了滯塵對植物含水量反演及色素濃度反演的影響。研究結(jié)果表明:
　　(1)可見光波段對滯塵量變化的靈敏度最高，1450-1750nm波段次之，700-1350nm波段的植物

3、反射光譜受不同滯塵量的影響最為穩(wěn)定—隨著滯塵量的增加而段降低。滯塵或不同滯塵量不會引起植被“紅邊”位置的移動但其位置與植物種類有關(guān);“主峰”值與“次峰”值都會隨著滯塵量的增加而減小并且“主峰”位置與“次峰”位置的大小關(guān)系同樣同植物種類有關(guān)。不同滯塵量對葉片反射光譜的影響相對于冠層而言更加穩(wěn)定。相應(yīng)的研究結(jié)果可為不同城市功能區(qū)的植物種類識別或城市不同功能區(qū)粉塵污染程度的識別提供光譜支撐。
　　(2)滯塵對不同含水量或不同色素濃度植物

4、光譜的影響主要體現(xiàn)在改變反射光譜反射值和改變相鄰反射光譜間的間隔這兩方面。對于不同含水量而言，在750-1350nm波段之間，滯塵前后含水量對光譜的影響規(guī)律相對穩(wěn)定而且各含水量水平的反射光譜間的間隔相比較于其他波段都較大，即750-1350nm波段可很好地反映植被的含水量變化。對于不同色素含量而言，350-700nm和750-1350nm波段范圍能很好地反映植物色素濃度的變化。
　　(3)對于葉片尺度而言:滯塵不會改變?nèi)~片EWT(

5、等效水深度)、FWC（相對含水量）同各指數(shù)之間的相關(guān)性質(zhì)，但其會改變兩者與各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);滯塵會降低葉片EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，而會增高葉片F(xiàn)WC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);無論在無塵還是在有塵情況下，葉片EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)都高于葉片F(xiàn)WC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);這說明，EWT更能反映植物葉片的含水量情況。對于冠層尺度而言，由于冠層EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)遠低于FWC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，因此FWC更能反映植物冠

6、層的含水量情況。
　　(4)不同樹種含水量指標(biāo)與各種光譜指數(shù)間相關(guān)系數(shù)不同并且滯塵對其的影響程度也不同。各樹種都存在與之含水量相關(guān)系數(shù)較高的光譜指數(shù)（“最適指數(shù)”），但在滯塵前后“最適指數(shù)”并非具有完全的一致性。除此之外，“最適指數(shù)”會隨著樹種的變化而變化即某一光譜指數(shù)不具備葉片含水量反演的普適性能力。對不同樹種同時進行含水量反演，會增大研究的難度。
　　(5)無論對于不同波段或是各指數(shù)而言，滯塵都不會改變各種色素同兩者之間

7、的相關(guān)性質(zhì)，但都會改變各種色素同各波段或各指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)。對于葉綠素a和類胡蘿卜素而言滯塵會增高其與各波段之間的相關(guān)系數(shù)，對于葉綠素b的影響，與葉綠素a和類胡蘿卜素正相反。無論是在有塵還是在無塵狀態(tài)下葉綠素a同各波段之間的相關(guān)系數(shù)都高于葉綠素b同各波段之間的相關(guān)系數(shù)，葉綠素同各波段之間的相關(guān)系數(shù)高于類胡蘿卜素同各波段之間的相關(guān)系數(shù)。雖然滯塵對各色素同各指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)的影響與所選的指數(shù)有關(guān)，但就整體而言（平均變化），滯塵對其影響的規(guī)律

8、與滯塵對波段的的影響規(guī)律相同。
　　(6)滯塵會對葉片含水量反演和葉綠素濃度反演產(chǎn)生影響。在葉片含水量反演方面，滯塵對葉片含水量反演精度的影響與滯塵量有關(guān)。但總體上表現(xiàn)為:滯塵不僅會降低反演回歸模型的決定系數(shù)，而且會增大估測模型RMSE值和RE值，并降低反演精度。而且不同建模指標(biāo)對滯塵量的變化的敏感度不同。滯塵對葉綠素濃度反演的影響呈現(xiàn)兩種變化情況:其一為增高反演精度;其二為降低反演精度;但增高程度遠低于降低程度。滯塵對兩者的影響