我們用肉眼只能達(dá)到“只見樹木，不見森林”，那么，如何對(duì)全國(guó)尺度、甚至全球尺度的植被進(jìn)行實(shí)時(shí)、時(shí)相的監(jiān)測(cè)呢?這就需要依托“遙感之眼”了。

遙感是20世紀(jì)60年代以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種綜合性探測(cè)技術(shù)，建立在現(xiàn)代物理學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、航天、航空和地學(xué)基礎(chǔ)之上，屬于空間科學(xué)的范疇，是空間科學(xué)的一個(gè)重要組成成分。由于它能夠接受和記錄從紫外線、可見光、紅外線到微波波段被測(cè)物體的電磁波信息，從而擴(kuò)大了人們的視野與觀察領(lǐng)域，把人們對(duì)地球資源環(huán)境的研究推向一個(gè)嶄新的階段?？梢哉f(shuō)，遙感把天體探測(cè)、軍事探測(cè)、氣象觀測(cè)、資源考察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地圖測(cè)繪等工作提高到了集中的自動(dòng)化水平，既大大節(jié)約了人力和時(shí)間，又及時(shí)地獲得豐富、寶貴的資料，提供了相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。

現(xiàn)代遙感技術(shù)已經(jīng)形成了從地面到空間，從數(shù)據(jù)資料的搜集、處理過(guò)渡到對(duì)資料判讀、解譯。應(yīng)用的完整體系。遙感科學(xué)技術(shù)根據(jù)研究對(duì)象的不同，基本上分成宇宙遙感和地球遙感兩大類。宇宙遙感又分為空間物理遙感和太陽(yáng)系的行星遙感；地球遙感包括地球物理遙感、氣象觀測(cè)遙感、海洋遙感、陸地資源遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)遙感和地圖測(cè)繪遙感等。在實(shí)際應(yīng)用中，遙感技術(shù)更是、廣泛地滲透到科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。

我國(guó)在農(nóng)、林方面的遙感應(yīng)用起步算是比較早的，從20世紀(jì)70年代末開始，就分別對(duì)北方7省冬小麥、黑龍江省大豆及春小麥、南方稻區(qū)水稻、棉花等進(jìn)行過(guò)農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)。在林業(yè)資源的調(diào)查中遙感也得到了較為廣泛的應(yīng)用。幾十年來(lái)，在有關(guān)森林火災(zāi)、“三北”防護(hù)林調(diào)查、森林病蟲害監(jiān)測(cè)等方面都大量地使用了遙感數(shù)據(jù)。

那么，對(duì)于不同時(shí)間、不同種類的作物、森林資源，它們?cè)凇斑b感之眼”中是以什么形式表現(xiàn)出來(lái)的呢?

航空影像中的植被

航空影像，是地面上的物體以一定的色調(diào)和形態(tài)特征所表現(xiàn)出來(lái)的影像，是被攝區(qū)域地表景觀現(xiàn)象的綜合縮影，它能夠真實(shí)、客觀地記錄地理環(huán)境諸要素的綜合信息。雖然航空遙感圖像有黑白像片、黑白紅外像片、彩色紅外像片、多光譜像片以及雷達(dá)像片等等多種，但黑白像片仍是航空遙感中主要使用的基本圖像資料。我們可以利用航空影像判定植物群落類型、性狀、分布范圍及其分布規(guī)律，為查明植物資源及其開發(fā)利用提供資料。對(duì)影像最“原始”、最直接的判定就是對(duì)影像中的植被進(jìn)行目視解譯。

在植被解譯中，影像中植被的形狀、大小、色調(diào)、陰影以及圖案等解譯指標(biāo)都有重要的意義和作用。但由于植被具有隨季節(jié)變化的明顯特點(diǎn)，所以某些指標(biāo)也隨著季節(jié)而變，很不穩(wěn)定。比如說(shuō)色調(diào)，隨著植被夏綠秋黃的變化而夏深秋淺，草本植物和落葉樹表現(xiàn)得尤為明顯。另外，落葉樹的樹冠及其陰影形狀，也隨季節(jié)的不同而有相應(yīng)的變化。

圖像比例尺的不同，植被解譯標(biāo)志的作用也就不一樣。比如，在夏季拍攝的大比例尺圖像上，不同樹種的色調(diào)雖然差別不大，但它能明顯地反映出不同樹種所特有的樹冠形狀、顆粒大小及其本身陰影的特點(diǎn)，所以形狀和大小就成為了判定不同樹種的主要依據(jù)；而在秋季拍攝的中、小比例尺圖像上，由于比例尺較小，各種形狀的樹冠在圖像上都呈現(xiàn)為圓形顆粒，這時(shí)，影像的形狀和大小就失去了判別圖像的價(jià)值，而色調(diào)差異就成為了主要的解譯依據(jù)。

此外，樹種的分布對(duì)植被的解譯也至關(guān)重要，因?yàn)椴煌臉浞N都有各自的生物學(xué)特征，從而形成了不同的分布規(guī)律，可以作為解譯參考。例如，分布于小興安嶺的云杉、冷杉和紅松，單從其樹冠形態(tài)和色調(diào)上是很難區(qū)分的，但若考慮到云杉、冷杉多分布在低洼的河灘地上，而紅松卻宜生長(zhǎng)在排水良好的山脊和坡地上這一差別，就能較容易地將其分辨出來(lái)。

針葉林是由松、柏、杉、樅等常青樹種組成的，他們?cè)诳梢姽獠ǘ蔚姆瓷渎瘦^低，所以，不管在任何季節(jié)拍攝的圖像上，都呈現(xiàn)深灰色調(diào)，其樹冠形態(tài)常呈錐形或邊緣不整齊的鋸齒形，容易識(shí)別。

闊葉樹有楊、楓、榆、櫟等很多類型。其影像特征受地區(qū)或成像季節(jié)的影響很大，在不同季節(jié)和地區(qū)的像片上，其樹冠形狀、色調(diào)和陰影都不相同。夏季，闊葉樹的色調(diào)基本一致，比針葉林稍淺。秋冬季節(jié)樹葉凋落，色調(diào)變淺，與針葉林色調(diào)差別很大，常呈不規(guī)則灰色網(wǎng)狀。由不同樹種組成的雜木林，除具有深淺混雜的色調(diào)外，還常生長(zhǎng)在山的陰坡。平坦地區(qū)的果樹林，種植較規(guī)則，排列整齊；在山區(qū)則多種植在居民點(diǎn)附近或農(nóng)田四周土層較厚的地方。

灌木叢在像片里通常顯得顆粒細(xì)小，分布的顏色也是由淺灰到深灰的均一色調(diào)，但因其種類較多，影像特征也比較復(fù)雜，所以，往往要借助其他地帶性分布規(guī)律來(lái)加以區(qū)別。例如，華北地區(qū)的荊條灌叢多生長(zhǎng)在山地向陽(yáng)坡，而繡線菊等灌叢卻生長(zhǎng)在山地背陰坡，二者的色調(diào)和顆粒大致相同，不易區(qū)分，但根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境卻能把它們區(qū)分出來(lái)。

除了上面提到的這些竹林的色調(diào)比闊葉林還淺，呈淺灰色，圖案為整齊的毛絮狀。大片竹林多生長(zhǎng)在我國(guó)南方，北方只在個(gè)別地方零星種植。

草本植物主要是根據(jù)其影像色調(diào)進(jìn)行判別，例如草原的影像色調(diào)一般為淺灰色，狀況不佳的色調(diào)更淺，狀況好的色調(diào)相對(duì)較深。

衛(wèi)星影像中的植被

和航空影像的目視解譯相類似，對(duì)陸地衛(wèi)星圖像的目視解譯，也是根據(jù)影像的色調(diào)、形態(tài)、圖案組合等解譯標(biāo)志來(lái)識(shí)別地理事物和地理現(xiàn)象的。但由于陸地衛(wèi)星圖像和航空影像的成像系統(tǒng)和成像方式不盡相同，所以，對(duì)陸地衛(wèi)星圖像的目視解譯又有其自身的特點(diǎn)。衛(wèi)星圖像上所反映出的植被色調(diào)及形態(tài)，并不是植被的個(gè)體特征，而是其群體的分布狀況。它是植被類型、疏密程度和植被生長(zhǎng)狀況等多種因素的綜合反映。所以，在作植被解譯時(shí)，既要注意植被的光譜特征，又要對(duì)影響其光譜特征的各種因素作綜合分析，慎重判別。

由于植物色素及其細(xì)胞發(fā)育隨季節(jié)而變，所以光譜特征也因季節(jié)而異，尤其是在春、秋季節(jié)，差異更加明顯。因此在衛(wèi)星圖像上也就反映出色調(diào)、色彩的明顯差別。當(dāng)然，在植被遭受病蟲害和人為傷害時(shí)，也會(huì)因葉片組織受到損害而使它的反射強(qiáng)度明顯減弱。在標(biāo)準(zhǔn)彩色圖像上，植物表現(xiàn)為紅色而不是綠色，幼嫩植物帶粉紅色，長(zhǎng)勢(shì)好的為紅色，成熟時(shí)是鮮紅色，受傷害的植物呈暗紅色，干枯的不呈紅色。闊葉樹比針葉樹顯得更加鮮紅，灌叢顏色較為淺淡，水稻則呈暗紅色。

除了目視解譯，我們還可以利用植被指數(shù)來(lái)判別衛(wèi)星影像中的植被信息。植被指數(shù)是遙感領(lǐng)域中用來(lái)體現(xiàn)地表植被覆蓋、生長(zhǎng)狀況的一個(gè)簡(jiǎn)單、有效的度量參數(shù)。植被指數(shù)的建立是基于植被在紅色和近紅外波段反差較大的光譜特征，本質(zhì)上是在綜合考慮各有關(guān)的光譜信號(hào)的基礎(chǔ)上，把多波段反射率做一定的數(shù)學(xué)變換，使其在增強(qiáng)植被信息的同時(shí)，不受非植被信號(hào)影響。但影響植被指數(shù)的因子比較多，有與光學(xué)特性和植被覆蓋狀態(tài)相關(guān)的各種因子，也有大氣影響、土壤影響、遙感器影響等等。植被指數(shù)按遙感數(shù)據(jù)采集的平臺(tái)也可以分為航空植被指數(shù)和航天植被指數(shù)兩大類，航空遙感具有靈活機(jī)動(dòng)和高空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)，然而由于航空遙感為低遙感平臺(tái)成像，太陽(yáng)高度角、飛行姿態(tài)等對(duì)地物成像的影響較衛(wèi)星像片嚴(yán)重得多，同時(shí)氣象的影響、航片攝影、沖洗印制等環(huán)節(jié)所造成影像還原程度的不一致，使得同一套航片中不同航片之間的色差、色彩均勻度不一致的問(wèn)題很常見。若直接套用已有的植被指數(shù)及信息提取方法，則會(huì)造成各種偏差，顯然不適應(yīng)城市綠化遙感的定量分析要求。航天遙感植被指數(shù)相對(duì)航空遙感植被指數(shù)而言，發(fā)展比較早也相對(duì)成熟。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，植被指數(shù)在環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用。在環(huán)境領(lǐng)域，通過(guò)植被指數(shù)來(lái)反演土地利用和土地覆蓋的變化，逐漸成為實(shí)現(xiàn)對(duì)全球環(huán)境變化的研究重要手段；在生態(tài)領(lǐng)域，隨著斑塊水平的生態(tài)系統(tǒng)研究成果拓展到區(qū)域乃至全球的空間尺度上，植被指數(shù)成了空間尺度拓展的連接點(diǎn)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，植被指數(shù)廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物分布及長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算、農(nóng)田災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警、區(qū)域環(huán)境評(píng)價(jià)以及各種生物參數(shù)的提取上。

總之，隨著人們對(duì)于全球變化研究的深入，以遙感信息推算區(qū)域尺度乃至全球尺度的植被指數(shù)日益成為令人關(guān)注的問(wèn)題。

責(zé)任編輯 趙 檸