(完整版)植物反射波谱特征

1、健康的绿色植被的光谱反射特征地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。健康的绿色植被，其光谱反射曲线几乎总是呈现“峰和谷”的图形，可见光谱内的谷是由植物叶子内的色素引起的。中心约0.45um和0.67um（常称这个谱带为叶绿素吸收带）的能量。植物叶子强烈吸收蓝区和红区的能量，而强烈反射绿区能量，因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。除此之外，叶红素和叶黄素在0.45um（蓝色）附近有一个吸收带

2、，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育，它会减少甚至停止叶绿素的产生。这将导致叶绿素的蓝区和红区吸收带减弱，常使红波段反射率增强，以至于我们可以看到植物变黄（绿色和红色合成）。从可见光区到大约0.7um的近红外光谱区，可看到健康植被的反射率急剧上升。在0.7-1.3um区间，植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。健康绿色植物在0.7-1.3um间，的光谱特征的反射率高达（45%-50%），透过率高达（45%-50%），吸收率低至（5%）。植物叶子一般可反射入射能量的40%-50%，其余能量大部分透射过

3、去，因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少（一般少于5%）。在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76um附近，反射率急剧上升，形成“红边”现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率（高达85%），这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。在不同种类的植物之间，内部结构差别很大，所以，虽然在可见光波段

4、它们看起来是一样的，但在这一光谱区可以通过测量反射率来鉴别不同种类的植物。同样，许多植物也会迫使改变在这一光谱区的反射率，所以，人们常用工作在该光谱区的传感器来探测植物状况。树冠有多层叶子将会提供多次透射和反射的机会。因此，近红外反射会随着树冠中叶子的层数的增加而增加，大约八层叶子时反射率达到最大。在1.3um以上，入射到植被的能量主要被吸收和反射，很少甚至没有透射，在1.4um、1.9um、和2.7um处，反射率出现明显下降，这是因为在这些波长波段植物叶子内的水强烈吸收造成的。所以，我们称这些波谱区域内的波长为水的吸收波段。吸收波段之间的16um和2.2um处出现反射率高峰。在1.3um以上

5、的波段内，植物叶子的反射率与叶子的总含水量大致成反比关系（总含水量是含水量和叶子厚度两者的函数）。在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4um、1.9um和2.7um附近的水的强烈吸收带所支配。2.7um处的水吸收带是一个主要的吸收带，它表示水分子的基本振动吸收带°1.9um、1.1um、0.96um处的水吸收带均为倍频和合频带，故强度比谁的基本吸收带弱，而且是依次减弱的。1.4um和1.9um处的这两个吸收带是影响叶子的中红外波段光谱响应的主要谱带。1.1um和0.96um处的水吸收带对叶子的反射率影响也很大，特别是在多层叶片的情况下。研究表明，植物对入射阳光中的红外波段

6、能量的吸收程度是叶子中总水分含量的函数，即是叶子水分百分含量和叶子厚度的函数。随着叶子水分减少，植物中红外波段的反射率明显增大。土壤的光谱反射特征编辑本段土壤反射率显得很少有“峰和谷”的变化。这是因为影响土壤反射率的因素较少作用在固定的波段范围。影响土壤反射率的因素有：含水量、土壤结构（砂、壤、粘土的比例）、表面粗糙度、铁氧化物的存在以及有机物的含量。这些因素是复杂的、可变的、彼此相关的。例如，土壤的含水量会降低反射率。对于植被在大约1.4um、1.9um和2.7um处水的吸收波段上，这种影响最为明显粘土在1.4um和2.2um处也有氢氧基吸收带）。土壤含水量与土壤结构密切相关：粗粒砂质土壤常

7、常排水性好，因而含水量低，反射率相对高；反之，排水性不好的细粒结构土壤一般具有较低的反射率。然而，在缺水情况下，土壤自身会出现相反的趋势：粗粒结构土壤比细粒土壤看上去更深。所以，土壤的反射属性仅在特殊条件下才出现一致性。另外两个降低土壤反射率的因素是表面粗糙度和有机物的含量。在土壤中含有铁的氧化物也会明显降低反射率，至少在可见光波段如此。水的光谱反射特征考虑水的光谱反射率时，也许最明显的特征是在近红外及更长波波段的能量吸收问题。简单地说，不管我们说的是水体本身（如湖泊、河流）还是植被，土壤中含有的水都会吸收这一波段的能量。当波长小于大约0.6um时，清澈的水只能吸收相对很少的能量，这些波长内的

8、水具有高透射率的特点，其最大值在光谱的蓝绿区。但随着水的浑浊程度的变化（因水中含有有机物和无机物），会引起透射率继而反射率的急剧变化。例如，因土壤侵蚀而含有大量悬浮沉积物的水，其可见光的反射率一般比相同地区内的“洁净水”高得多。同样，水的反射率会随着所含叶绿素浓度的变化而变化。叶绿素浓度的增加会降低蓝波段的反射率而提高绿波段的反射率。利用遥感数据中这种反射率的变化可监测藻类是否存在，并且可估算其浓度。许多有关水的重要特性，如溶解氧浓度、PH值和盐浓度等，并不能直接通过水的反射率来观察到。但是这些参数有时与观察到的反射率有关。总之，水的光谱反射率与这些特性之间存在着复杂的关系。因此，我们必须适当

9、的参考数据去正确的解释水的反射率测定值。植被光谱地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。在中心波长分别为0.45Mm（蓝色）和0.65Mm（红色）的两个谱带内，叶绿素吸收大部分的摄入能量，在这两个叶绿素吸收带间，由于吸收作用较小，在0.54Pm（绿色）附近行程一个反射峰，因此许多植物看起来是绿色的。除此之外，叶红素和叶黄素在0.45Mm（蓝色）附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带

10、也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。健康绿色植物在近红外波段的光谱特征是反射率高（45%-50%），透过率高（45%-50%），吸收率低（5%）。在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76Mm附近，反射率急剧上升，形成“红边”现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率（高达85%），这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4Mm、1.9Mm和2.7Mm附近的水的强烈吸收带所支配。2.7刚处的水吸收带是一个主要的吸收带，它表示水分子的基本振动吸收带。1.9Mrn,l.lMm,0.96Mm处的水吸收带均为倍频和合频带，故强度比谁的基本吸收带弱，而且是依次减弱的。1.4Pm和1.9Mm处的这两个