乌兰布和沙漠边缘几种典型植被地物光谱特性研究

乌兰布和沙漠位于内蒙古西部，地处我国西北荒漠和半荒漠的前沿地带，地理区域为东经106°09'～106°57'，北纬39°16'～40°57'之间。是我国的主要沙漠之一。气候属中温带典型的大陆性气候，年平均降水量102.9mm，年均气温7.8℃，年均蒸发量2258.8mm，无霜期168d，光照3181h。乌兰布和沙漠植物基本上都是沙生、旱生、盐生类灌木和小灌木组成。

植被光谱的基本特征

(1) 在可见光波段(400～670nm)有1个小的反射峰，两侧有2个吸收带，即在450nm和670nm波段为反射低谷。

(2) 在近红外波段(680～740nm)有一反射的“陡坡”即为红边，1100nm附近有一峰值，形成植被的独有特征。

(3) 由于叶子内部的液态水分的强烈吸收作用，在1400nm处有明显的低谷。(4)此外在1600nm处也有反射峰。

图1植被反射光谱曲线

总结

植被种类对光谱的影响

图2不同植被反射光谱曲线

图2是研究区域内所测的白刺、稗草、红柳、花棒、梭梭、油松苗的光谱反射曲线，其光谱特性与上面各波长处的分析基本一致。在波长为550nm附近，都存在1个10%左右的反射峰。在波长为670nm附近，有明显的吸收谷，这可能由叶子色素特别是叶绿素所决定。在800nm左右是一个相对平坦的、反射率高的区域，它可能由植被的细胞构造所决定，6条曲线的反射峰值出现的位置基本相同，都在1100nm附近，在波长为740～1280nm的区域，都有一段相对平坦但反射率较高的区域。

植被与板结地的反射光谱

白刺包与白刺包间板结地反射光谱特性曲线，白刺遵循植被特有的反射率光谱特性变化规律，见图3。而白刺包间板结地为表面硬化的沙质土壤的反射率光谱特性，在350～550nm之间二者反射率变化基本一致，在550nm之后由图可以直接看出二者的区别。

图3白刺包与白刺包间板结地反射光谱曲线

植被与生物结皮反射光谱

缘红柳与生物结皮反射光谱，生物结皮在整个可见光～短波红外范围内具有较小的反射率值，且在600～750nm范围内由于光合色素的吸收作用，具有比红柳光谱斜率更小的反射光谱曲线，生物结皮在600～750nm具有明显的吸收特征。

图4红柳与生物结皮反射光谱

植被与水体的反射光谱

由图6可以看出水体在560nm附近出现波峰即反射率达到最大值与红柳的最大反射率差距较大，水体从680nm以后近红外光区反射率逐渐减小，在1470nm处吸收率几乎达到最大值，而红柳则依照植被的反射率光谱特性一直增加到1100nm附近达到最大值后才降低，这与水体反射率截然不用，从这两点我们可以区分红柳与水渠水体的反射光谱。

图5红柳与水渠水体的反射光谱

植被与道路的反射光谱

在350～580nm之间二者反射率变化都比较大，但硬土路的斜率更大，波长在680nm硬土路的反射率持续增加到2090nm处达到最大，而新修柏油路则几乎不增加，由此可以区分新修柏油路与硬土路的反射光谱，二者反射率曲线随波长的增加也持续增加或缓慢增加即变化幅度很小与植被的反射光谱特性截然不同，见图6。

图6植被与道路的反射光谱

结论

(1) 植被的反射光谱曲线变化基本一致，可区分的波段在680～740nm的红边斜率以及740～1280nm的反射峰值。

(2) 由于白刺包的挡风、积水等作用使的在其包间产生板结地，白刺包与白刺包间板结地在350～550nm之间二者反射率曲线变化基本一致，在550nm之后二者的曲线变化截然不同。

(3) 生物结皮在600～750nm范围内由于光合色素的吸收作用具有比红柳光谱斜率更小的反射光谱曲线，同时，生物土壤结皮并不像绿色植被一样显示出550nm的反射峰。以上两点可用来区分植被与生物结皮的反射光谱曲线。

(4) 水体在560nm附近出现波峰即反射率达到最大值与红柳的最大反射率差距盛大，水体从680nm以后近红外光区反射率逐渐减小，在1470nm处吸收率几乎达到最大值，而植被(红柳)则依照植被的反射率光谱特性一直增加到1100nm附近达到最大值后才降低，这与水体反射率截然不用，从这两点我们可以区分植被(红柳)与水渠水体的反射光谱。

(5) 新修柏油路与硬土路在350～580nm之间二者反射率变化都比较大，但硬土路的斜率更大，波长在680nm硬土路的反射率持续增加在2090nm处达到最大，而新修柏油路则几乎不增加。

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审核编辑 黄宇