第35卷，第7期 2015年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.35,No.7-pp1980-1985
July2015
基于Hyperion高光谱数据的温带森林不同冠层结构的光谱特征分析
于泉洲1.2，王绍强1*，黄昆1.2，周蕾，陈蝶聪1-2
1.生态系统网络观测与模拟重点实验室，中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101 2，中申国科学院大学，北京100049
摘要冠层是植被进行生态过程的主要层次，森林冠层结构影响冠层生化组分的遥感反演，因此对其光谱特征的分析有助于提高冠层生化组分反演的精度。以长白山温带阔叶红松林为研究对象，利用Hyperion 高光谱数据提取不同林冠反射率，运用连续统去除和光谱一阶微分法进行光谱变换，定量分析森林冠层的光谱特征。通过计算样方阔叶树种优势度(BFDI），以及一系列光谱指数（NIR，NDVI，EVI，NDNI，SPRI* NDVI和SPRI*EVI），探讨冠层结构组成对其光谱特征及光谱指数的影响。结果表明：（1)相比固叶林冠层，针阔混交林、美人松林和樟子松林冠层光谱的红边有左移趋势，斜率明显下降，蓝边、黄边斜率特征也相应减弱，近红外波段反射率明显下降，可见光波段的归一化反射率有上升趋势，表明不同林冠，尤其针叶林与阔叶林林冠之间的光谱特征差异明显。（2)BFDI对冠层NIR反射率和三边斜率有明显的影响，与光谱指数显著相关（PO.O1)，表明BFDI影响森林光谱指数。BFDI与NDVI，EVISPRI*EVI，NIR，SPRI% NDVI，NDNI的R分别达到0.90，0.83，0.83，0.81，0.68，0.59，揭示了BFDI对于冠层绿度、叶面积指数、植被生产力以及冠层叶氮浓度等植被参数存在一定影响。研究表明，利用星载高光谱数据结合地面样方调查可以很好地阐明林冠结构组成对于光谱特征的影响，也对优化植被冠层生化组分和森林生态系统生产力的遥感反演具有借鉴意义。
关键词Hyperion：光谱曲线：光谱指数；冠层结构；阔叶树种优势度：长白山
中图分类号：TP79文献标识码：A
引言
DOI: 10, 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )07-1980-06
可能由于冠层的聚集度导致了光谱的差异，通常森林冠层叶聚集度越高，其表面间隙越大，继而导致更深的光透射和更少的冠层光截留5。另外在高郁闭度的森林中，冠层光谱特
森林是陆地生态系统的重要组成部分，在涵养水源、保持水土、增加生态系统碳蓄积和减缓气候变暖方面具有重要作用。遥感技术是开展森林生态系统结构、功能和过程相关研究的重要手段3。高光谱技术的发展为定量评价生态系统结构和功能提供广保证，使得森林冠层生化组分的反演成为可能3.4]。然而，由于森林冠层结构的复杂性，冠层生化组分的遥感反演还存在着较大的不确定性5汀了。目前，通过地面实测光谱分析森林冠层特征的研究已有开展，但由于传感器和地面观测条件的限制，大范围的森林冠层实测光谱的收集较困难，因而利用星载高光谱数据研究林冠结构特征成为一个热点8]
冠层叶面积指数(LAI)是指示冠层结构的重要指标，但有研究发现LAI近似的冠层光谱特征也存在差异。一方面收稿日期：2014-05-19，修订日期：2014-08-15
征受树冠形态的主导，锥形冠层的反射率往往比椭球形冠层的低。最近有研究表明森林冠层结构组成对冠层光谱特征的影响[6.8]，发现森林样方的针阔叶LAI比例对冠层近红外(NIR)反射率的影响显著。针叶林和阔叶林不仅叶倾角、叶聚集度不同，而且树冠的形态也有不同，因此针阔混交林中针阔叶树种的组成不同，会改变冠层反射光谱特征。然而关于森林冠层结构组成对光谱特征的影响研究还过少，特别是没有分析冠层针周叶组成对光谱曲线特征和光谱指数的影响。因此，以长白山自然保护区温带阔叶红松林（针阔混交林)为典型，研究针阔叶树种的组成导致的冠层结构变化对其光谱特征的影响。选用EO-1卫星的Hyperion高光谱数据开展分析。Hyperion高光谱分辨率可以较好反映地物光谱的细节特征，并能够构建窄波段的光谱指数来反映森林冠层生
基金项目：国家重点基础研究计划项目（2010CB950701，2010CB833503），中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050602)资助作者简介：于泉洲，1983年生，中国科学院大学博士研究生
e-mail : yuquanzhou2008@126, com
*通讯联系人e-mail：sqwang@igsnrr.ac.en