论文部分内容阅读
沉水植物的恢复是水体环境和生态综合整治的一个重要环节，但常规的监测方法往往受到水环境的限制，所以需要有合适的技术对其分布与生长状况进行大尺度、快速、动态和综合监测。本研究从地物光谱特征和遥感影像处理两方面对大型沉水植物的遥感监测进行了探讨和研究。选择上海地区常见的大型沉水植物为研究对象，利用ASD便携式地物光谱仪，分别从以下几个方面对沉水植物的地物光谱特征进行研究：1)通过实验室模拟实验，测定不同盖度／生物量苦草(Vallisneria spiralis)的光谱反射率，建立盖度／生物量与光谱反射率的函数关系；2)在上海市“梦清园”人工湿地，通过人工控制实验，测定不同盖度／生物量／水深条件下苦草的光谱反射率，建立盖度／生物量／水深与光谱反射率的函数关系，同时对不同种类沉水植物(苦草Vallisneria spiralis、伊乐藻Elodea canadensis、狐尾藻Myriophyllum spicatum和菹草Potamogeton crispus)的反射光谱特征进行研究，找出识别不同种类沉水植物的最佳波段；3)于2005年9月、2005年11月和2006年4月，对上海市崇明东滩国际湿地公园人工湖中不同盖度狐尾藻的反射光谱进行野外实测，提取植被指数(NDVI、RVI)、光谱指数(EGFR、ddRE)和光谱参数(“红边”和“绿峰”，建立盖度／植被指数／光谱指数与光谱反射率的函数模型，并通过对“红边”和“绿峰”位置及光谱指数(EGFR、ddRE)变化的分析，对不同季节沉水植物狐尾藻的光谱特征进行研究。结果表明：(1)实验室模拟实验、室外控制实验和野外实测实验中，苦草和狐尾藻群落在绿光波段和近红外波段的光谱反射率都随着盖度／生物量的增大而升高。不同盖度／生物量苦草和狐尾藻的光谱反射率之间的差异都主要表现在500-650nm和700-900nm波段范围。(2)不同种类沉水植物的光谱特征也有所不同，差异主要表现在700-900nm(近红外波段)。(3)在400-900nm范围内水深与苦草光谱反射率均表现为负相关。(4)随沉水植物狐尾藻群落盖度的降低，其对应的RVI和NDVI也有所下降，并且狐尾藻盖度和对应RVI、NDVI的关系可以用线性关系较好的表示(NDVI，R~2=0.7785)、(RVI，R~2=0.7073)。(5)狐尾藻群落在各生长季都有较独特的光谱特征，并且随季节的变化EGFR、ddRE和“绿峰”、“红边”都呈现规律性变化。(6)实验室模拟实验与室外／野外实测实验的主要差别在于水体环境和底质的不同。水体中的藻类和其它悬浮物质会改变沉水植物在近红外波段的反射光谱特征。在进行沉水植物地物光谱特征研究的同时，对2005年9月获得的崇明东滩国际湿地公园人工湖的QuickBird遥感影像进行辐射校正，并将同时期获得的人工湖中狐尾藻盖度与反射率的函数模型与辐射校正后的图像结合，分别对4个单波段光谱数据进行运算，得到4个单波段的人工湖沉水植物盖度反演图。通过实地验证，确定利用第4波段(760-900nm，近红外波段)进行反演的效果最好，误差较小。在此基础上将沉水植物盖度人为划分为不同等级，通过目视判读，得到人工湖区各类地物及各等级沉水植物盖度分布图。本研究将地物光谱信息与OuickBird遥感影像相结合，通过最佳波段的筛选和组合，利用建立的光谱信息与水生植物生物物理参数关系对沉水植物盖度进行了大尺度估算，为水生植被资源的开发保护、水体环境综合整治与生态修复提供可借鉴的科学依据，为大尺度、快速、动态和综合遥感监测沉水植物的时空变化提供技术支撑。