（自然地理学专业论文）长江口潮滩植被检测及时空变化的遥感研究.pdf

摘要 摘要 长江口潮滩植被由于人工引种、潮滩冲淤演变及土地增长，每年都有较大变化。卫星 遥感的复轨能力、比较稳定的传感器参数和系列运行计划，连续记录了地表的显著变化信 息。通过遥感数据长周期累计，开展长江口潮滩植被检测及时空变化的遥感研究，不仅可 以揭示长江口潮滩植被的时空变化规律，而且为河口海岸数据库的更新、资源环境变化、 潮滩位移反演和潮滩高程反演提供变化数据，进而指导海岸带土地利用和海岸工程建设规 划等。 论文研究目标是通过对长江口潮滩各类植被实测的光谱反射率进行数据处理及光谱 特征分析，并计算并讨论不同植被的植被指数和改进指数与盖度之间的关系，进而选出适 合长江口潮滩植被分类的植被指数，以期指导并提高卫星影像植被分类的精度。在此基础 上，利用长江口潮滩多时相( 1 9 9 7 2 0 0 6 年不同季相的遥感图像) 的t m 遥感影像，分析 潮滩植被的时空变化，并得出多年潮滩植被时空变化的特征。 选择长江口九段沙和崇明东滩湿地保护区作为研究区域，研究对象针对研究区主要的 三种植被群落：芦苇、互花米草、海三棱蔗草，以及部分蔗草和糙叶苔草群落。研究主要 内容及结论： 1 、野外使用便携式a s df i e l d s p e c 地物光谱仪，测量长江口崇明东滩、九段沙两个湿 地典型优势植被群落的光谱反射率，并记录植被盖度，调查了植被小生境主要是下垫面的 特征( 如湿度，地表盐渍等情况) ，测量按照植物样带及高程梯度进行。 2 、对光谱特征曲线数据进行计算，分析了各类植被的光谱特征，计算并总结了长江 口潮滩各类典型植被的光谱特征参数，从光谱特征曲线上区分各类植被。 3 、利用野外实测光谱数据计算了各类优势植被的植被指数及改进指数，计算研究了 植被指数和植被盖度的关系，讨论了各植被指数的优缺点，研究现有的植被指数中能较准 确的区分长江口潮滩植被类型的植被指数，选取植被指数时应考虑大气、季节和土壤等一 些因素的影响。最后根据对潮滩土壤光谱的测量，综合分析下垫面和植被光谱，找出比较 适合长江口植被分类遥感方法。目的是提高卫星影像利用植被指数进行植被分类的精度。 4 、讨论卫星影像分类的结果，用航片和实地调查验证其分类精度，分析多时相t m 遥 感影像植被变化分类图，得出九段沙植被变化特征潮滩湿地各植被群落的自然演变及 人工干扰后的变化规律。 关键词：长江口潮滩植被植被指数光谱特征检测 i i i a b s t r a ( j r a b s t r a c t t i d a ls h o a l sv e g e t a t i o no ft h ey a n g t z er i v e re s t u a r yc h a n g eal o te v e r yy e a r b e c a u s eo f m a n m a d ep l a n t i n ga n dt h ed e p o s i t i o na n de r o s i o ni ns i l tt i d a lf l a t r e p e t i t i v eo b s e r v a t i o n a la b i l i t yo fs a t e l l i t e s ，s t a b i l i z a t i o no fs e n s o r sp a r a m e t e ra n d s e r i e so fa v i a t i o np l a n n i n gm a k et h ee a r t h 。ss u r f a c e si n f o r m a t i o nr e c o r d e d c o n s e c u t i v e l y l o n gt i m er e m o t es e n s i n gd a t u m c o l l e c t e dt os t u d yr e m o t es e n s i n g d e t e c t i o na n ds p a t i o t e m p o r a lc h a n g e sa n a l y s i so f t i d a ls h o a l sv e g e t a t i o ni nt h e y a n g t z er i v e re s t u a r yi l l u s t r a t e dt h es p a t i o t e m p o r a lc h a n g e so fv e g e t a t i o n ， m o r e o v e ro f f e r e dv a r y i n gd a t u mt ou p d a t i n ge s t u a r i n ea n dc o a s t a ld a t a b a s e ， r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tv a r i e t y , i n v e r s i o no ft i d a lf l a td i s p l a c e m e n ta n da l t i t u d e ， s oa st os u p e r v i s et h eu s eo fc o a s t a ll a n da n dc o n s t r u c t i o no fc o a s t a le n g i n e e r i n g ， e t c j i u d u a n s h aa n dc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n da r e ai nt h ey a n g t z er i v e r e s t u a r yw e r ec h o o s ea st h er e s e a r c ha r e ai nt h ea r t i c l ea n dp h r a g m i t e sc o m m u n i s , s p a r t i n aa l t e r n i f l o r a , s c i r p u sm a r i q u e t e r , p a r to f & t r i q u e t e ra n dc a r e xs c a b r i f o l i a w e r ec h o o s ea st h er e s e a r c ho b j e c t t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sw e r ea sf o l l o w ： i 、p o r t a b l ea s df i e l d s p e cf rw a su s e dt om e a s u r et h es p e c t r u mr e f l e c t i o no f t h ep r e d o m i n a n t v e g e t a t i o nc o m m u n i t y i nc h o n g m i n gd o n g t a na n dj i u d u a n s h a w e t l a n d v e g e t a t i o nc o v e rr a t ew a sr e c o r d e d a sw e l l t h el i t t l es c a l e do f l i v i n g e n v i r o n m e n ti n v e s t i g a t e do f v e g e t a t i o nw a sm o s t l yt h eu n d e r l y i n gs u r f a c e s c h a r a c t e rs u c ha sh u m i d i t y , t h es u r f a c e ss a l i n i t y , e t c a n dt h em e a s u r e m e n tw a s v a b s t r a c 玎 a c c o r d i n gt op l a n tt r a n s e c ta n d e l e v a t i o ng r a d i e n t 2 、s p e c t r u mc h a r a c t e r i s t i cc u r v ew a sa c c o u n t e dt oa n a l y z ed i f f e r e n tk i n do f v e g e t a t i o ns p e c t r u mc h a r a c t e r s t h e nd i f f e r e n tk i n do ft y p i c a lv e g e t a t i o ns p e c t n m a c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e ri nt h ey a n g t z er i v e re s t u a r i n et i d a lf l a tw a sa c c o u n t e da n d s u m m a r i z e dt od i s t i n g u i s hd i f f e r e n tv e g e t a t i o nk i n d s 3 、d i f f e r e n tk i n do f p r e d o m i n a n tv e g e t a t i o nv ia n da m e l i o r a t e di n d e xw e r e a c c o u n t e da n dd i s c u s s e dt h e i ra d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g e c o n n e c t i o nb e 似e e n v e g e t a t i o ni n d e xa n dv e g e t a t i o nc o v e rr a t ew a sa n a l y z e dt i d a lf l a tv e g e t a t i o ns o r t e d e f f e c ti nt h ey a n g t z er i v e re s t u a r yi no r d e rt oc h o o s et h eb e t t e ro n ew h i c hc a n d i s t i n g u i s hv e g e t a t i o ng e n r em o r ee x a c t l y i nt h ep r o c e s ss o m ef a c t o r sl i k e a t m o s p h e r ea n ds e a s o nw a sc o n s i d e r e d a tl a s ta c c o r d i n gt ot h em e a s u r e m e n to f t i d a lf l a ts o i ls p e c t r u m , t h ei n t e g r a t e da n a l y s i so nu n d e r l y i n gs u r f a c ea n d v e g e t a t i o ns p e c t r u m ，t h em o r es u i t a b l er e m o t es e n s i n gm e a n so fv e g e t a t i o ns o r ti n e s t u a r yw e r ef o u n ds oa st oe n h a n c et h ep r e c i s i o nw i t ht h er e m o t es e n s i n gi m a g e 4 、b a s e do nt h em u l t i - t e m p o r a ls o r t e dr e s u l to fs a t e l l i t ei m a g e ，w h i c hw a s v a l i d a t e db yf i e l d sr e s e a r c ha n da i r b o m er si m a g e s ，t h ea r t i c l ea n a l y z e d v e g e t a t i o nc h a n g e so f j i u d u a n s h as h o a lt r a d e rb o t h n a n 】r ep r o c e s sa n df a c t i t i o u s i n t e r f e r e n c e k e yw o r d s ：t h ey a n g t z er i v e re s t u a r y , t i d a lf l a tv e g e t a t i o n ，v e g e t a t i o ni n d e x ， s p e c t r u mc h a r a c t e r s ，d e t e c t i o n v i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个 人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：日期： 学位论文授权使用声明 垒堡7 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有 权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查 阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标 题和摘要汇编出版保密的学位论文在解密后适用本规定 学位论文作者签名： 日期： 狼至 导师签名：剐芳 竺z ! ! f日期：2 竺z6 望 j i 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之一，是 地球上具有多种功能的独特的生态系统。据有关资料( 恽才兴，2 0 0 5 ) 记载，全世界共有 湿地8 5 x 1 0 8 l u n 2 ，占陆地总面积的6 4 。湿地是长江口上海辖区内的一大特色，约占总 面积的4 0 ( 谢一民，2 0 0 3 ) ，而潮滩是长江口最主要的湿地组成部分。上海0 m 以上的 滩涂面积为8 9 6 k m 2 ，范围集中于海岸带的海滨地区。它具有较高的海洋生产力和独特的生 态系统及动植物区系，是海岸带资源与环境保护的重要对象。 近年来，随着沿海地区人口的增长和社会经济高速持续发展，致使中国海滨湿地所面 临的威胁越来越大，湿地资源和生物多样性受到不同程度的破坏，严重影响了海岸带湿地 保护与可持续利用。由于海滨潮滩湿地是全球变化的缓冲区，可以涵养水源、净化水质、 调节气候、拦截陆源物质、护岸减灾，通过生物地球化学过程促进空气及碳、氢、硫等关 键元素的循环，提高环境质量，保护海岸带湿地，在经济、社会和生态诸方面均具有重要 意义，因此开展海岸带潮滩湿地遥感检测，显然十分重要。而植被又是长江口潮滩湿地主 要的地物类型之一，所以对潮滩湿地进行遥感检测对长江口潮滩湿地的利用研究有着重要 的意义。 进入2 1 世纪，我国正在从航天大国迈向航天强国。主要标志是到2 0 0 6 年环境减灾小 卫星发射后，将形成气象、资源、海洋和环境减灾4 个民用卫星系列。在遥感应用方面， 经过国家“七五”、“八五”、“九五”计划的支持，遥感应用技术不断普及，研究部门和行业 相继建立了遥感应用业务运行系统，形成t b 级、g b 级遥感、g i s 与g p s 空间数据集， 国家和部门分布式数据库系统也应运而生，并且不断发展和完善。科研部门产生的“科学分 析数据”和行业部门产生的“行业权威数据”相继运行，在国家、省、市、行业等各个层面为 国土资源和城市土地资源调查、森林资源监测、环境变化监测、灾害预报与评估、国家重 大生态工程监理、突发事件监控与决策方面发挥了不可替代的作用，但是也存在一些急待 解决的问题，如行业部门往往按固定周期更新( 如5 年1 个周期) ，在周期跨度内目标开始 和结束的变化结果差别较大，传统技术采取屏幕的手工更新，效率低、误差大、更新数据 的管理和传输需要建立统一的标准等。遥感变化检测技术，特别是变化信息自动检测系统 是解决这些实际问题的重要技术途径。 以遥感数据为基础、不同行业和科研部门的空间数据库已经建立起来，现都面临着更 l 第一章绪论 新。在这个需求背景条件下，遥感变化检测技术逐渐发展起来，工程化、产业化趋势正在 显现，我们要抓住这个发展机遇，开发适合我国遥感应用的变化检测技术系统，推动遥感 技术的应用和发展。 长江口潮滩植被由于人工引种，潮滩迁移及土地增长，每年都有较大变化，卫星遥感 的复轨能力，稳定一致的传感器参数和系列运行计划，连续记录了地表的显著变化信息， 遥感数据长周期累计，使得开展长江口潮滩植被检测及时空变化的遥感研究，不仅可以揭 示长江口潮滩植被的时空变化规律，而且为数据库更新、资源环境变化和潮滩冲淤演变， 反演潮滩高程提供变化数据，进而可以指导海岸带土地利用、海岸工程建设等，这不仅具 有理论意义且具有实际意义。 1 2 湿地植被遥感国内外研究现状 1 2 1 遥感检测技术的研究现状 2 0 世纪7 0 年代数字遥感的出现，发展了遥感数字图像处理系统，数字处理与分析促 进了资源环境填图，生态系统结构和作用研究；9 0 年代早期g i s 技术的发展促进了遥感 数字图像处理与g i s 的一体化，发展了遥感数据与其它辅助数据的叠合、融合技术，形成 更为强大有用的数据集。9 0 年代中期开始，美国n a s a 喷汽实验室( j p l ) 、大学和研究机 构先后开展了多领域的遥感影像变化检测技术研究，包括m o d i s 数据植被变化检测、e t m 土地覆盖、土地利用项目( l c l u c ) 的地表覆盖变化检测、水资源质量的变化检测、多光谱 遥感数据变化自动检测技术、i k o n o s 军事目标的变化检测、利用干涉雷达检测地震等， 形成一批面向应用的遥感变化检测研究成果。如后分类影像相减一比较变化检测技术，如 利用t m 图像提取植被指数，将1 9 9 9 年的植被指数减去1 9 8 8 年的植被指数，得到植被指 数差值图像，最后利用目视识别的方法，在植被指数差值图像上确定森林植被增加( 杨存 建等，2 0 0 0 ) ；用最大似然法人工目视解意分类后，迭加图像分析厦门市土地利用、覆盖 动态变化( 李天宏等，2 0 0 1 ) 、海岸线变化检测技术( 恽才兴等，2 0 0 4 ) 、光谱维空间向量 ( c h a n g ev e c t o r a n a l y s i s ，c v a ) ( 谭倩等，2 0 0 1 ) 、森林变化检测技术( r h f r a s e r 等，2 0 0 4 ) 、 高光谱分析( s p e c t r mm i x t u r ea n a l y s i s ，s m a ) 变化检测技术等。 本论文主要是用高光谱植被指数变化检测技术分析长江口潮滩植被的特征，然后针对 多时相卫星遥感影像分析研究长江口潮滩植被的时空变化。 1 2 2 植被光谱遥感的国内外研究现状 植被信息提取根据植被的反射光谱特征，通常是用植被红光，近红外波段的反射率和 其它因子及其组合所获得的植被指数v i 来提取植被信息。植被指数的发展有着很长的历 2 第一章绪论 史，目前已经定义了5 0 多种植被指数，广泛应用于全球与区域土地覆盖、植被分类和环 境变化、第一性生产力分析、作物和牧草估产、干旱监测等方面，并已经作为全球气候模 式的一部分被集成到交互式生物圈模式和生产效率模式中，且被广泛地用于诸如饥荒早期 警告系统等方面的陆地应用；植被指数还可以转换成叶冠生物物理学参数。 表1 - i 国内外植被指数研究状况 t a b l e l - 1v e g e t a t i o ni n d e xs t a t u sa th o m ea n db r o a d 名称公式 作者及年代 b i r t ha n dm c v c y 比值植被指数r v i r y l = n i r f r e d ( 1 9 6 8 ) 绿度植被指数g v i ( - 0 2 8 3 m s s 4 一o 6 6 m s s s + o 5 7 7 m s s 6 + o 3 8 8 m s s 7 j k a u t h ( 1 9 7 6 ) 土壤量度指数s b i ( - 0 2 8 3 m s s 4 一o 6 6 m s s 5 + o 5 7 7 m s s 6 + o 3 8 8 m s s 7 ) k a u t h ( 1 9 7 6 ) 黄度植被指数y ( - 0 2 8 3 m s s 4 - o 6 6 m s s s + 0 5 7 7 m s s 6 + o 3 8 8 m s s 7 ) k a u t h ( 1 9 7 6 ) 土壤背景线指数 m s s 7 2 4 m s s 5 r i c h a r d s o n ( 1 9 7 7 ) s b l 差值植被指数d v i d v = n i 融r e d r i c h a r d s o n ( 1 9 7 7 ) m i s r a 土壤量度指 数m s b i 以4 0 6 m s s 4 + o 6 m s s s + o 6 4 5 m s s 6 + o 2 4 3 m s s 7 ) m i s r a ( 1 9 7 7 ) m i s r a 绿度植被指 数m g v i ( - 0 3 8 6 m s s 4 0 5 3 m s s 5 + o 5 3 5 m s s 6 + o 5 3 2 m s s 7 ) m i s r a ( 1 9 7 7 ) m i s r a 黄度植被指 数m y v i f o 7 2 3 m s s 4 - o 5 9 7 m s s 5 + o 2 0 6 m s s 6 - o 2 7 8 m s s 7 ) m i s r a ( 1 9 7 7 ) m i s r a 典范植被指 数m n s i f o 4 0 4 m s s 4 o 0 3 9 m s s 5 0 5 0 5 m s s 6 + 0 7 6 2 m s s 7 )m i s r a ( 1 9 7 7 ) 农业植被指数a v i2 o m s s 7 m s s 5 a s h b u m ( 1 9 7 8 ) 裸土植被指数 g i u b s g i r l o 0 9 17 8 s b i + 5 5 8 9 5 9 h a y ( 1 9 7 8 ) 多时相植被指数 m t n d v l ( d a t a 2 ) 一n d v i ( d a t a l l y a z d a n i ( 1 9 8 1 ) 绿度土壤植被指 g i t s b i b a d h w a r ( 1 9 8 1 ) g v s b 调整土壤量度植 2 d r 玎j a c k s o n ( 1 9 8 3 ) 被指数a s b i 调整绿度植被指 数a g v i g v 一l + o 0 1 8 g v i ) y v i n s i 2 j a c k s 0 1 1 ( 1 9 8 3 ) 归一差异绿度指 d ( 玎= ( g r e e n r e d ) ( g r e e n + r e d )c h a m a d n ( 1 9 9 1 ) 数n d g i 红色植被指数r jr i = ( r e d g r e e n ) ( r e d + g r e e n )e s e a d a f a l ( 1 9 9 1 ) 第一章绪论 归一化差异指数 n d i n d i = ( n i r m i r ) ( n i r + m i r ) m e n a i m ( 1 9 9 3 ) 归一化差异植被 n d v i = ：( n i r r e d ) ( n i r + r e d ) d e e r i n g ( 1 9 7 8 ) 指数n d v i 转换型植被指数 聊= 瓜面而 r o u s e ( 1 9 7 4 ) t 重归一植被指数 肋阱、反面石丽 r o u j e a n a n d r d b r o e n ( 1 9 9 5 ) p v i = ( n i r a r e d b ) 4 a2 + 1l y o n ( 1 9 9 8 ) p v l - - - - s a 一) 2 + ( s m y 皿) 2 垂直植被指数p v i r i c h a r d s o a a n d p v - - - - ( d n n i r b ) c 0 30 - d n rx s 加0 w i e g a n d ( 1 9 7 7 ) 4 ( 0 3 5 5 n i r 一0 1 4 9 r e d ) 2 + f o 3 5 5 r e d 一0 8 5 2 n i r ) 2 o ? 1 6 0 3 t m i o 2 8 1 9 t m 2 一o 4 9 3 9 j ! m 3 + o 7 9 4 t m 4 绿度植被指数g v i c r i s t ( 1 9 8 5 ) 0 j 0 0 0 2 t m 5 一o 1 4 4 6 1 1 m 7 o 0 2 4 3 t m l + o 4 i 5 8 t m 2 + o ，5 5 2 4 t m 3 + o 5 7 4 l t m 4 + o 亮度植被指数b v i c r i s t ( 1 9 8 5 ) 3 1 2 4 t m 5 + o 2 3 0 3 互m 7 温度植被指数o 0 3 i 5 t m l + o 2 0 2 l t m 2 + o 3 i 0 2 t m 3 + o 15 9 4 z m 4 一 c r i s t ( 1 9 8 5 ) w o 6 8 0 6 t m 5 一o 6 1 0 9 t m 7 m u s i c ka n d 红外指数i i m i d l r r m s n i r r m 7 p e l l e t i e r ( 1 9 8 8 ) 土壤调整植被指 数s a v i s a v i = ( n i r r e d ) x ( 1 + d ( n i r + r e d + l )h u e t e ( 1 9 8 8 ) 转型土壤调整植 被指数t s a t s a v i - = a ( n i r a r e d b ) 1 ( r e d + a n i r a b )b a r e t ( 1 9 8 9 ) 改进转换型土壤 调整植被指数 t s a v l 2 l n ( n i r a r e d b ) lf 【r e d + a n i r a b t s a + x ( 1 + 0 ) 】 b a r e t ( 1 9 8 8 ) 土壤调整比值植 被指数s a r v i s a r v i = b , ( b 2 + b a ) l y o n ( 1 9 9 8 ) 大气阻抗植被指 a r v i = ( p 广p 由) ( p 。 p t 0 k a n f i n a n a n d 数a r v i 其中p r b - - - - o r 一呵一o r ) t a n r e ( 1 9 9 2 ) 土壤和大气阻抗a r v i = p r p r b ) p 。十p r b + l ) h u e t e a n dl i u 植被指数s a r 其中p r b = d r d b p 0( 1 9 9 4 ) 增强型植被指数h u e y ea n dj u s t i c e e e y l 2 l ( p n p ) ( p n + c l p r - c 2 p b + l ) | ( 1 + l ) ( 1 9 9 2 ) 全球环境检测指 q ( 1 0 2 5 r 1 ) 一( r e d 一0 1 2 5 ) ，( i r e a ) ； p i n t y ( 1 9 9 2 ) 4 第一章绪论 数g e m i q = 1 2 ( n i 露一r e d 2 ) + 1 5 n i r + 0 5 r e d o v i r + r e d + o 5 ) 转换型土壤大气 阻抗植被指数 a , b ( n i r 一4 脚一b r o ) r b + a r o n i r 一口而6 咕唧+ t s a r n 0 ) 1 b a n n e r ( 1 9 9 4 ) 修改型土壤调整 ( 2 n i r + i ( 2 脓+ 1 ) 2 8 ( n i r r e d ) ) 2q i ( 1 9 9 4 ) 植被指数m s a v i 角度植被指数a v i t a n 。l 【一问( n i r r e d ) l + t 嘶l ( m p h t t r m a e ( 1 9 9 4 ) m d ( g r e m r e d ) l 生理反射植被指 g a m o m ( 1 9 9 2 ) 数p r i ( r r 可一r s 3 i ) r 。巧+ r 5 3 1 ) 导数植被指数d v i 产塑以 d e m e t r i a d e s 觇掀 ( 1 9 9 0 ) 叶绿素吸收比值 c a r l = c a r ( r 7 0 0i r 6 7 0 ) k i ma n do a u g h t r y 指数c a l u 算手。披= a x 6 7 0 + r m + 6i 0 2 + 1 ) ” ( 1 9 9 4 ) 抗大气影响植被 髓玎：p 一 p 口一r ( p 口一p r ) 】 张仁华等 指数尉玎 p + 【p r r ( p 口一p r ) 】 ( 1 9 9 6 ) 非线性彩红外植 n c m ：k l ( r + p t l n r ) 一g + j 周廷刚等 被指数n c mk i r + g + 1( 2 0 0 3 ) 可调节航空植被 陈云浩等 公式形式同上 指数a n v ( 2 0 0 4 ) 三波段梯度差值 t g d 珂一r 十一r ，r r - r g 唐世浩 植被指数t g d v ia p 一九，九r 一九i( 2 0 0 3 ) 以上植被指数可分为以下几类： i ) 基于波段简单线性组合的植被指数 r v i 在忽略大气、土壤、植被间相互作用的前提下，针对l a n d s a tm s s 的特定遥感图 像，发展了s b i 、y 、d v i ，基于l a n d s a tm s s 图像而进行主成分分析，通过计算这些指 数的多项因子又发展了m i s r a 土壤亮度指数( m s b i ) 、m i s r a 土壤绿度植被指数( m g c i ) 、 和m i s r a 黄度植被指数( m y v i ) 等。总之，这一类植被指数大都是基于波段的简单线性组合 或原始波段的比值，由经验方法发展而来，没有考虑大气、土壤等因子的综合影响，由于 针对特定的遥感器并为特定目的而设计，所以应用也有严重的限制性。 第一章绪论 2 ) 消除影响因子的植被指数 针对波段简单线性组合的植被指数的局限性，后来又发展了许多消除影响因子的植被 指数，归纳起来大致可以按土壤、大气及综合影响因子三个方向进一步划分。 消除土壤影响 k a u t ha n dt h o m a s 在1 9 7 6 基于土壤基线理论，发展了垂直植被指数( i v 0 ，相对于r v i ， p v i 表现为受土壤亮度的影响较小。j a c k s o n ( 1 9 8 3 ) 拓宽了p v i 基于n 维光谱波段，并在1 1 维空间中计算植被指数的方法，普遍地用n 波段计算m 个植被指数( m 重) 。但事实上，相 对于仅用红波段和红外波段的方法，通道数一味增加，往往并不能对植被指数有多大的贡 献。 为减少土壤和植被冠层背景的双层干扰，h u e t e ( 1 9 8 8 ) 提出了土壤调节植被指数 ( s a v i ) ，该指数引入了土壤亮度指数l ，建立了一个可适当描述土壤植被系统的简单 模型。l 的取值取决于植被的密度，h u e t e 建议l 的最佳值为0 5 ，也可以在o ( 黑色土壤) 1 ( 白色土壤) 之间变化。试验证明，s a v i 降低了土壤背景的影响，但可能丢失部分背景信 息，导致植被指数偏低。 为减小s a v i 中裸土影响，q i ( 1 9 9 4 ) 提出了修正的土壤调节植被指数( m s a v i ) 。它与 s a v i 最大区别是l 值可以随植被密度而自动调节，可较好消除土壤背景对植被指数影响。 基于土壤背景线理论，b a r e t 等( 1 9 8 9 ) 对s a v i 进行转换发展了转换型土壤调整植被指 数( t s a v i ) 。由于考虑了裸土土壤线，t s a v i 比n d v i 对于低植被覆盖有更好的指示作用， 适用于半干旱地区的土地利用图。b a r e t 和g u y o t ( 1 9 9 1 ) 对t s a v i 又进行改进，通过附加一 个x 值，将土壤背景亮度的影响减d , n 最小值，发展了a t s a v i 。 消除大气影响 k a n f m a n 和t a n r e ( 1 9 9 2 ) 根据大气对红光通道的影响比近红外通道大得多的特点，在定 义n d v i 时通过蓝光和红光通道的辐射差别修正红光通道的辐射值，类似于热红外波段的 劈窗技术( t h es p l i tw i n d o wt e c h n i q u e ) ，发展了抗大气植被指数( a r v l ) 。研究表明，a r v i 对 大气的敏感性比n d v i 约减小4 倍。y 是决定a r v i 对大气调节程度的关键参数，并取决 于气溶胶的类型。k a n f l n a n 推荐的y 为常数l 仅能消除某些尺寸气溶胶的影响，有很大的 局限性；且a r v i 进行预处理时需要输入的大气实况参数往往是难以得到的，给应用带来 困难。 p i n t y 等( 1 9 9 2 ) 对a v h r r 数据进行了自纠正处理，提出了全球环境监测植被指数 ( g e m i ) 。g e m i 不用改变植被信息而可以减小大气影响，能很好地分离云和陆地表面，并 保存了比n d v i 指数相对低密度至浓密度，覆盖更大的动态范围。但g e m i 受到裸土的亮 6 第一章绪论 度和颜色相当大的影响，对于稀疏或中密度植被覆盖不太适用，而且很难区分水生植被与 陆地表面，动态分辨率也比较低。 消除综合影响因子 归一化差值植被指数n d v i 由r o u s e 等( 1 9 7 3 ) 在对r v i 非线性归一化处理后得到的植 被指数。n d v i 增强了对植被的响应能力，是目前应用最广的植被指数。但许多研究也表 明，n d v i 也受到定标和仪器特性、云和云影、大气、双向反射率、土壤及叶冠背景、高 生物量区饱和等因素影响，使其应用受到限制。后来其他学者对n d v i 进行修正又发展了 其它的植被指数，如转换型植被指数t n d v i ( d e e r i n g 等，1 9 7 5 ) ，再归一化植被指数r n d v i ( r o u j e a n 和b r e o n ，1 9 9 5 ) 、g n d v i ( g i t e l s o n 等，1 9 9 6 ) 基于土壤和大气的影响是相互作用的 事实，l i u a n dh u e t e ( 1 9 9 5 ) 引入一个反馈项来同时对二者进行订正，这就是改进型土壤大气 修正植被指数e v i 。它利用背景调节参数l 和大气修正参数c 1 、c 2 同时减少背景和大气 的作用。 3 ) 针对高光谱遥感及热红外遥感的植被指数 基于两个或三个离散波段的植被指数以生理反射植被指数p r i 和叶绿素吸收比值指数 c a r l 为代表。p r i 是由g a m o n e t a l ( 1 9 9 2 ) 在对向日葵生化特性的短期变化( 如一天的植被 的光合作用) 探测基础上提出的，当时名称为p h y s i o l o g i c a lr e f l e c t a n c ei n d e xp r 0 ，并认为 p r i 与净光合作用有关。p e f i u e l a s 等( 1 9 9 5 ) 把它推广到其它应用领域，对其进行了修正， 并改名为p h o t o c h e m i c a lr e f l e c t a n c ei n d e x ，至今一直在沿用。k i l n 和d a u g h t r y 等( 1 9 9 4 ) 研究 发现对于叶片而言，即使叶绿素含量有差异，其5 5 0n f l 和7 0 0n n l 的发射率之比也是恒定 的，基于此关系和叶绿素在6 7 0 n m 的吸收，提出了叶绿素吸收比值指数c a r l 。 国内对于植被指数的应用有很多实例，但是对于新的植被指数开发却相对国外较少。 张仁华等( 1 9 9 6 ) 在a r v i 的基础上，运用大气向下辐射的同步观测实例值以及大气辐射 传输方程，得到纠正n d v i 的关键参数竹改进了a r v i 的7 始终等于1 的计算方法，同 时也不必采用辐射传输模型进行预处理，得到新的抗大气影响植被指数0 a v d ，t 值的变化 范围可从o 6 5 1 2 1 之间。根据实际观测研究表明，大气对i a v i 影响误差为o 4 3 7 ， 比n d v i 的1 4 3 1 有明显的减小。高志海等( 1 9 9 8 ) 利用t m 资料，分析了n d v i 、 s a v i 和m s a v i 对植被信息的提取能力，结果表明s a v i 提取植被信息效果较好，消除土 壤影响和适应植被变化的能力强；l 是s a v i 提取植被信息的关键，h u e t e ( 1 9 8 8 ) 推荐的 最佳l 值( 0 5 ) 有很大局限性。池宏康等( 1 9 9 6 ) 利用n o a a a v h r 数据评价了适于提取 黄土高原地区植被信息的最佳植被指数是m s a v i 。m s a v i 能增强植被信号，最大限度地 消除土壤背景的影响，并能宏观真实地反映该地区自然植被地带的界线。周廷刚等( 2 0 0 3 ) 7 第一章绪论 提出了针对城市绿化航空遥感调查新的植被指数非线性彩红外植被指数( n c d ，并应 用于宁波市城市绿化调查。研究结果表明，n c i v i 对城市绿化提取效果明显优于n d v i ， 正确提取率可以提高3 5 ，其中p 1 和k 1 可以根据植被在某一航片上r g 中的最大、 最小值的组合求出，j 值可由r g 散点图读出截距。陈云浩等( 2 0 0 4 ) 构造了适应航片绿化 信息提取的可调节航空植被指数( a n d v i ) 。a n d v i 与n c i v i 形式上大同小异，它经上海 的绿化信息提取实践证明，a n d v i 能够很好的适应航空遥感的特点，有效的克服外因对地 物波谱反射成像的非线性扰动。唐世洁( 2 0 0 3 ) 提出了一种三波段梯度差植被指数( t g d v l ) 。 t g d v i 具有一定的消除背景和薄云影响的能力，同时该植被指数还解决了n d v i 饱和点低 的问题。但t g d v i 在计算植被覆盖度时没有考虑植被、土壤面积比随波长的变化情况， 与实际情况存在差异。此外，t g d v i 用到三个波段的信息，而且没有经过比值处理，波段 噪声的影响会较大。江东等( 2 0 0 1 ) 构建了水分指数n d v i f r s ，分析了它与农作物产量的相 关关系。温刚( 1 9 9 8 ) 利用n o a a n a s a p a t h f i n d e r a v h r r 陆地数据集，建立了中国东部 季风区( 1 0 8 。1 2 3 。e ，2 1 。4 5 0 n ) 的1 9 8 6 年归一化植被指数n d v i 距平图象序列，展示了 中国东部季风区的植被物候季节性特征和地域差异。 1 3 本文的主要内容和创新点 通过对长江口潮滩各类植被实测的光谱反射率进行数据处理及光谱特征分析，计算不 同植被的植被指数及改进指数，讨论了植被指数与盖度的关系，进而选出适合长江口潮滩 植被分类的植被指数，以期指导并提高卫星影像植被分类的精度。在此基础上，分析长江 口潮滩多时相( 1 9 9 7 2 0 0 6 年不同季相的遥感图像) 的t m 遥感影像，分析潮滩植被的时 空变化，并得出多年潮滩演变的基本规律。具体内容如下： 1 ) 对长江口潮滩地理环境概况，潮滩植被概况等资料的收集了解，从地理环境的角 度上了解研究区域。主要是对本次研究所用方法等方面的资料的查阅和收集。 2 ) 对长江口潮滩湿地进行野外实地测量与调查。调查按样带进行，高程从高到低。 3 ) 对光谱特征曲线数据进行计算，分析了各类植被的光谱特征，计算并总结了长江 口潮滩各类典型植被的光谱特征参数，从光谱特征曲线上区分各类植被。 4 ) 对长江口实测的光谱数据进行了处理分析，根据植被指数和植被覆盖度的关系研 究长江口潮滩植被