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        利用MISR遙感數(shù)據(jù)反演小興安嶺地區(qū)森林葉面積指數(shù)

        2013-09-06 01:14:26范文義王鶴霖楊曉琴楊國舜
        森林工程 2013年4期
        關(guān)鍵詞:多角度植被指數(shù)校正

        趙 妍,范文義*,王鶴霖,楊曉琴,楊國舜

        (1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,哈爾濱 150040;2.內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗橋頭國營林場;內(nèi)蒙古赤峰 024500;3.內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗高家梁林場;內(nèi)蒙古赤峰 024500)

        葉面積指數(shù)定義為單位地面面積上總?cè)~面積的 一半[1],它是模擬陸地生態(tài)系統(tǒng)和它們與氣候之間交互作用的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),同時(shí)它對于植被的諸多生物、物理過程,例如光合作用、蒸騰作用、呼吸作用以及碳、水循環(huán)、降水截獲等起著至關(guān)重要的控制作用[2-6]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,特別是多角度遙感技術(shù)應(yīng)用研究的不斷深入,人們越發(fā)關(guān)注用多角度遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行森林參數(shù)提取。多角度遙感數(shù)據(jù)是對地面物體進(jìn)行多個(gè)方向的觀測,數(shù)據(jù)就具有豐富的地物觀測信息,具備較強(qiáng)的反演植被結(jié)構(gòu)參數(shù)的能力[7-10],同時(shí)能夠減小 “異物同譜”、“同物異譜”等現(xiàn)象對于反演結(jié)果精度的影響。與垂直觀測的遙感數(shù)據(jù)反演森林植被LAI的方法相比,多角度多波段遙感數(shù)據(jù)能夠反映植被結(jié)構(gòu)信息及地物多維空間結(jié)構(gòu)特征。因此,合理利用多角度遙感數(shù)據(jù)對于有效反演地表植被結(jié)構(gòu)參數(shù)具有重要的理論意義和廣泛應(yīng)用價(jià)值。

        遙感反演LAI的方法有很多,大體分為統(tǒng)計(jì)模型方法、物理模型法及混合反演方法等[11]。本研究以MODIS土地覆蓋類型數(shù)據(jù)和多角度傳感器MISR數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,采用5-Scale幾何光學(xué)模型[12]與統(tǒng)計(jì)模型相結(jié)合的方法反演黑龍江省小興安嶺地區(qū)植被LAI,并對LAI反演結(jié)果進(jìn)行精度評價(jià)。

        1 研究區(qū)概況與研究方法

        1.1 研究區(qū)概況

        研究區(qū)為黑龍江省小興安嶺地區(qū)(46°28'~49°21'N,127°42'~130°14'E),位于中國黑龍江省中北部。其北部以黑龍江中心航線為界,與俄羅斯隔江相望,邊境線長249.5 km,是中國東北邊疆的重要門戶。林業(yè)施業(yè)區(qū)面積386萬hm2。屬低山丘陵,北部多臺地、寬谷;中部低山丘陵,山勢和緩;南部屬低山,山勢較陡。最高峰為平頂山,海拔1 429 m。西部鐵力市位于松嫩平原,地勢呈波狀。該地區(qū)屬北溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)。四季分明,冬季嚴(yán)寒、干燥而漫長;春季回暖快;夏季溫?zé)釢駶?秋季暫短、降溫迅速。年平均氣溫-1~1℃,最冷為1月份,-20~-25℃,最熱為7月份,氣溫20~21℃,極端最高氣溫為35℃。全年大于10℃活動積溫1 800~2 400℃,無霜期90~120 d。年平均日照數(shù)2 355~2 400 h。年降雨量550~670 mm,降雨集中在夏季。林區(qū)森林茂密,樹種較多。有林地面積280萬 hm2,森林覆被率為72.6%,活立木總蓄積2.4億m3。森林類型是以紅松為主的針闊葉混交林。主要樹種有紅松、云杉、冷杉、興安落葉松、樟子松、水曲柳、黃菠蘿、胡桃楸、楊、椴、樺和榆等。小興安嶺得天獨(dú)厚的自然生態(tài)條件,繁衍生長著紅松等許多珍貴樹木,是中國主要林業(yè)基地。

        1.2 遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理

        本研究使用的遙感數(shù)據(jù)為2010年7月21日的MISR1B數(shù)據(jù)和同期的MODIS土地覆蓋類型數(shù)據(jù)。

        多角度MISR影像有藍(lán)、綠、紅及近紅外4個(gè)波段,并從9個(gè)方向?qū)Φ孛孢M(jìn)行觀測,見表1,其中心波長分別為446、558、672和867 nm??臻g分辨率為1.1 km。

        表1 MISR影像9個(gè)觀測角度值對應(yīng)表Tab.1 Value of MISR data by 9 observation angles

        對于多角度MISR數(shù)據(jù),選擇空間斜墨卡托(Space Oblique Mercator,SOM)作為幾何糾正后的數(shù)據(jù)投影。因此應(yīng)首先定義一個(gè)SOM影像的像元,計(jì)算出該像元所對應(yīng)地面點(diǎn)在MSIR影像上的相應(yīng)位置,再對該位置鄰近的MSIR像元進(jìn)行重采樣,得到SOM影像像元的值。用校正后的影像作為參考基底,對其他觀測角度下的MSIR影像逐一進(jìn)行校正,最后以每一觀測角度下的MSIR影像為參考,對同一觀測角度下的其他波段影像進(jìn)行校正。這樣就得到了SOM投影下的4個(gè)波段9個(gè)角度的MISR影像。

        在對MISR影像進(jìn)行大氣校正時(shí),根據(jù)網(wǎng)站提供的濾波函數(shù)計(jì)算得到MISR各個(gè)波段權(quán)值——成函數(shù)。然后用ENVI中的FLASSH和Spectral工具作出大氣校正時(shí)需要的格式文件來對其進(jìn)行大氣校正。以觀測天頂角26.1°、45.6°和60°的MISR影像為例的大氣糾正后的影像,如圖1所示。

        對于MODIS土地覆蓋類型數(shù)據(jù),其分辨率是1 km,而本研究采用的多角度MISR數(shù)據(jù)的分辨率為1.1 km,故將MODIS影像進(jìn)行重采樣后聯(lián)合MISR影像進(jìn)行分類。

        1.3 5-Scale模型實(shí)現(xiàn)與統(tǒng)計(jì)模型相結(jié)合LAI反演

        1.3.1 5-Scale模型模擬冠層反射率

        本研究采用5-Scale幾何光學(xué)模型模擬研究區(qū)域森林冠層反射率,根據(jù)設(shè)定的參數(shù),運(yùn)行5-Scale模型能夠模擬研究區(qū)域針葉、闊葉森林在不同角度下的LAI與比值植被指數(shù)(SR)的對應(yīng)值。由于實(shí)地觀測不同角度的冠層反射率難度大,用物理模型模擬出各種角度下的反射率,進(jìn)而計(jì)算出SR值,用統(tǒng)計(jì)模型擬合LAI與SR的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)LAI的反演。為了驗(yàn)證5-Scale模型模擬冠層光譜的精度,本文通過12個(gè)樣地的實(shí)測數(shù)據(jù)和經(jīng)過大氣校正的同一地區(qū)Hyperion高光譜數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)5-Scale模型模擬結(jié)果可靠性較高,如圖2所示。

        圖1 觀測角26.1°、45.6°和60°MISR三景MISR影像的大氣糾正后的影像和譜線分布圖Fig.1 Images and spectral line profile at observation angle 26.1°,45.6°,and 60°after atmospheric correction

        圖2 12個(gè)樣地5-Scale模擬的冠層反射率、Hyperion影像像元反射率和地面實(shí)測冠層反射率的對比Fig.2 Comparison of 12 sample plots by 5-scale model on canopy reflectance,hyperion data pixel reflectance,and ground measured canopy reflectance.

        1.3.2 LAI反演方法與流程

        大量研究表明,植被指數(shù)與LAI存在密切的關(guān)系[13]。常用的用于反演LAI的植被指數(shù)主要包括比值植被指數(shù)(SR)[14]、歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)[15]、垂直植被指數(shù)(PVI)[16]、修正的比值植被指數(shù)(MSR)[17]、修正的歸一化差值植被指數(shù)(MNDVI)[18]、減化比值植被指數(shù)(RSR)[19]等。本研究通過對5-Scale模型參數(shù)敏感性分析試驗(yàn)表明,比值植被指數(shù)SR與該區(qū)域LAI的相關(guān)性最好,最適合該區(qū)域LAI的遙感提取。

        在經(jīng)過大氣校正和幾何精校正的MISR數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,計(jì)算比值植被指數(shù)SR,再與MODIS土地覆蓋類型數(shù)據(jù)相結(jié)合分別得出9個(gè)角度下針葉林和闊葉林的SR結(jié)果作為下一步建立反演模型的輸入數(shù)據(jù)。

        依據(jù)研究區(qū)域?qū)崪y樣地?cái)?shù)據(jù)向5-Scale模型輸入建模參數(shù),即LAI等,具體參數(shù)如圖3所示,得到研究區(qū)與MISR觀測角度一致的比值植被指數(shù)(SR)值的輸出結(jié)果,以指數(shù)模型分別模擬LAI與9個(gè)角度的SR的關(guān)系,作為反演模型。然后用MISR影像計(jì)算得出的9個(gè)角度下針葉林和闊葉林的SR,代入建立的反演模型最終得出研究區(qū)LAI反演結(jié)果。反演流程如圖4所示。

        圖3 5-Scale模型模擬研究區(qū)域針葉、闊葉森林參數(shù)設(shè)置Fig.4 Parameters of coniferous forest and broad-leaved forest simulated by 5-scale model

        圖4 基于5-Scale模型的MISR影像LAI反演流程圖Fig.3 Flowchart of LAI inversion based on 5-scale model

        2 結(jié)果分析

        2.1 5-Scale模型模擬結(jié)果

        5-Scale模型輸入?yún)?shù)包括:環(huán)境參數(shù)和植被參數(shù)等。依據(jù)研究區(qū)域樣地?cái)?shù)據(jù)分別在MISR影像9個(gè)角度下設(shè)置模型輸入?yún)?shù)。具體參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

        葉面積指數(shù)設(shè)定范圍為0.5~10,設(shè)置步長為0.1。對于MISR數(shù)據(jù)根據(jù)9個(gè)觀測角度(0°,±26.1°,±45.6°,±60.0°,±70.5)依次設(shè)定最大觀測天頂角及步長進(jìn)行模擬。得到模型模擬結(jié)果,見表2和表3,為建立反演模型進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

        2.2 指數(shù)模型模擬結(jié)果

        采用指數(shù)模型分別建立LAI與SR在MISR數(shù)據(jù)9個(gè)角度下的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。以觀測角度70.5度為例,針葉林、闊葉林在此角度下LAI與SR的統(tǒng)計(jì)關(guān)系的模擬結(jié)果如圖5和圖6所示。

        表2 5-Scale模型模擬研究區(qū)闊葉林結(jié)果Tab.2 Broad-leaved forest results in the study site simulated by 5-scale model

        圖5 70.5°針葉LAI與SR的指數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship between coniferous LAI index and SR index at 70.5°

        表3 5-Scale模型模擬研究區(qū)針葉林結(jié)果Tab.3 Coniferous forest results in the study site simulated by 5-scale model

        圖6 70.5°闊葉LAI與SR的指數(shù)關(guān)系Fig.6 Relationship between broad-leaved LAI index and SR index at 70.5°

        其他各角度(即 0°,± 26.1°,± 45.6°,±60.0°,-70.5)均呈現(xiàn)以上類似統(tǒng)計(jì)關(guān)系。用10個(gè)樣地的實(shí)測LAI對各個(gè)角度的模型的模擬值進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果如圖7和圖8所示。

        圖7 70.5°針葉LAI真實(shí)值與指數(shù)模擬值Fig.7 LAI real value and simulated value for coniferous forest at 70.5°

        圖8 70.5°闊葉LAI真實(shí)值與指數(shù)模擬值Fig.8 LAI real value and simulated value for broad-leaved forest at 70.5°

        2.3 LAI反演結(jié)果與分析

        將經(jīng)計(jì)算得到的MISR數(shù)據(jù)9個(gè)角度下的SR結(jié)果依次輸入對應(yīng)指數(shù)模型得到各自9個(gè)角度針葉林、闊葉林LAI反演結(jié)果。由于森林中植被生長方向繁雜,而且受到來自外界各種光照等條件的影響,因此其生長方向具有一定的隨機(jī)性,故取其9個(gè)角度平均值作為研究區(qū)LAI的最終反演結(jié)果與實(shí)際情況較為符合,如圖9所示。研究區(qū)域植被LAI隨著緯度的增加呈現(xiàn)遞減趨勢,且反演值集中在1.1~3.1之間;反演統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:LAI均值為1.21,最大值為9.28,最小值為0.83。這與該地區(qū)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)較為一致,表明本研究LAI反演結(jié)果的可靠性。

        圖9 小興安嶺地區(qū)LAI反演結(jié)果圖Fig.9 LAI inversion results of Xiaoxing'an Mountain forest

        2.4 反演結(jié)果驗(yàn)證

        選取研究區(qū)域內(nèi)20個(gè)具有代表性即能基本涵蓋研究區(qū)域內(nèi)所有優(yōu)勢樹種的樣地,其中包括11個(gè)闊葉林樣地和9個(gè)針葉林樣地進(jìn)行外業(yè)實(shí)測。為減小地形等因素對于外業(yè)實(shí)測結(jié)果的影響,將樣地盡量設(shè)置在地勢比較平坦、優(yōu)勢樹種較為單一、植被空間分布相對均勻的地點(diǎn)。在每個(gè)樣地內(nèi)用TRAC進(jìn)行實(shí)地測量。將外業(yè)實(shí)測LAI數(shù)據(jù)與反演結(jié)果進(jìn)行比較,如圖10所示,算得反演精度為95.7%,均方差為0.34,反演值在合理誤差范圍內(nèi),反演結(jié)果較好。

        式中:i和n分別表示驗(yàn)證樣本的序號和總數(shù)。

        圖10 LAI反演結(jié)果與外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)比較圖Fig.10 Comparison of LAI between inversion results and field measured data

        3 結(jié)論與討論

        本文采用5-Scale幾何光學(xué)模型模擬小興安嶺地區(qū)森林冠層SR值,然后用指數(shù)統(tǒng)計(jì)模型模擬LAI和SR關(guān)系,以多角度MISR為數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)對LAI進(jìn)行反演。對反演結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn),結(jié)果表明:反演精度達(dá)到95.7%,均方差為0.34,實(shí)現(xiàn)了多角度多光譜遙感數(shù)據(jù)反演LAI,反演精度效高。多角度數(shù)據(jù)遙感反演的大區(qū)域LAI對于森林植被生物量的反演及森林生態(tài)系統(tǒng)碳、水循環(huán)等方面的進(jìn)一步研究具有重要意義。

        研究中LAI反演結(jié)果與樣地實(shí)測數(shù)據(jù)存在一定偏差,有以下可能原因:

        (1)多角度MISR影像質(zhì)量不夠高,可能會影響大氣校正的精度及指數(shù)模型的模擬。

        (2)對MISR影像進(jìn)行的幾何校正和大氣校正不夠精確,進(jìn)而導(dǎo)致森林植被冠層反射率存在偏差。經(jīng)過校正后的植被冠層光譜反射率雖然與波譜庫中光譜特征相近,但由于并未應(yīng)用地面實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證,因而無法精確獲得這一過程中引進(jìn)的誤差。

        [1]Chen J M,Pavlic G,Brown L,et al.Derivation and validation of Canada-wide coarse-resolution leaf area index maps using high resolution satellite imagery and ground measurements[J].Remote Sensing of Environment,2002,80:165-184.

        [2]Chen J M,Cihlar J.Retrieving leaf area index of boreal conifer forests using Landsat TM images[J].Remote Sensing of Environment,1996,55:153-162.

        [3]Sellers P J,Mintz Y,Sud Y C,et al.A simple biosphere model(SiB)for use within general circulation models[J].Journal of the Atmospheric Sciences,1986,43:505-531.

        [4]Running S W,Nemani R R,Peterson D L,et al.Mapping regional forest evapotranspiration and photosynthesis by coupling satellite data with ecosystem simulation[J].Ecology,1989,70:1090-1101.

        [5]Bonan G B.Importance of leaf area index and forest type when estimating photosynthesis in boreal forests[J].Remote Sensing of Environment,1993,43:303-314.

        [6]Turner DP,Cohen WB,Kennedy RE,et al.Relationships between leaf area index,fPAR,and net primary production of terrestrial ecosystems[J].Remote Sensing of Environment,1999,70:52-68

        [7]Li X.Bidirectional reflectance and angular signature of objects[J].Remote Sensing of Environment,1989,4(1):67-72.

        [8]Yao Y,Yan G,Wang J.The approach on leaf area index inversion using multi-angular and multi-spectral data sets[J].Journal of Remote Sensing,2005,9(2):117-122.

        [9]Feng X.Quantitative remote sensing studies on eco-environment in InnerMongolia with multi-angle MISR data[D].Dissertation,Chinese Academy of Sciences,2006.

        [10]Goel N S,Grier T.Estimation of canopy parameters of row planted vegetation canopies using reflectance data for only four view directions[J].Remote Sensing of Environment,1987,21:37-51.

        [11]Fang H,Liang S.A hybrid inversion method for mapping leaf area index from MODIS data:experiments and application to broadleaf and needleleaf canopies[J].Remote Sens.Environment,2005,94:405-424.

        [12]White P,Miller J R,Chen J.Four-scale linear model for anisotropic reflectance(FLAIR)for plant canopies-Part I:model description and partial validation[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2001,39(5):1072-1083.

        [13]Zhang R.Experimental Remote Sensing Model and Groundwork[M].Beijing:Science Press,1996.

        [14]Jordan C F.Derivation of leaf area index from quality of light on the forest floor[J].Ecology,1969,50:663-666.

        [15]Rouse J W,Haas R H,Schell J A,et al.Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS[A].In Proceedings of Third ERTS Symposium[C],1974:309-317.

        [16]Richardson A J,Wiegand C L.Distinguishing vegetation from soil background information[J].Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,1977,43:1541-1552.

        [17]Chen J M.Evaluation of vegetation indices and a modified simple ratio for boreal applications[J].Canadian Journal of Remote Sensing,1996,22:229-242.

        [18]Neman I R,Pierce L,Running S,et al.Forest ecosystem processes at the watershed scale:Sensitivity to remotely sensed leaf area index estimates[J].International Journal of Remote Sensing,1993,14:2519-2534.

        [19]Brown L,Chen J M,Leblance S G,et al.A shortwave infrared modification to the simple ratio for LAI retrieval in boreal forests:An image and model analysis[J].Remote Sensing of Environment,2000,71:16-25.

        [20]楊曦光,范文義,于 穎.森林葉綠素含量的高光譜遙感估算模型的建立[J].森林工程,2010,26(2):8-11.

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