滯塵對(duì)城市植物光譜特征及含水量、色素濃度反演的影響.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，城市粉塵污染日益成為居民關(guān)注的空氣污染問(wèn)題。植物不僅可通過(guò)覆蓋裸地、吸附、降低風(fēng)速等方式降低空氣中粉塵的濃度，并且植物滯留粉塵的能力在一定條件下具有永久性。雖然植物具有滯留粉塵的能力，但粉塵同樣會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生影響。這已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并成為了熱門研究課題之一。
　　本文的研究數(shù)據(jù)主要為2016年4月初到8月底對(duì)不同城市功能區(qū)內(nèi)目標(biāo)樹(shù)種的冠層及葉片光譜（ASD光譜儀）、相應(yīng)的滯塵量數(shù)

2、據(jù)（萬(wàn)分之天平）、冠層和葉片雙尺度的含水量（烘烤法）和色素濃度數(shù)據(jù)（化學(xué)溶劑法）等?；谏鲜鰯?shù)據(jù)本文首先分析了滯塵或不同滯塵量對(duì)植物反射光譜特征和紅邊位置的影響;接著分析了滯塵前后不同含水量水平及不同色素濃度等級(jí)下的葉片反射光譜特征變化;最后，在上述研究的基礎(chǔ)上分析了滯塵對(duì)植物含水量反演及色素濃度反演的影響。研究結(jié)果表明:
　　(1)可見(jiàn)光波段對(duì)滯塵量變化的靈敏度最高，1450-1750nm波段次之，700-1350nm波段的植物

3、反射光譜受不同滯塵量的影響最為穩(wěn)定—隨著滯塵量的增加而段降低。滯塵或不同滯塵量不會(huì)引起植被“紅邊”位置的移動(dòng)但其位置與植物種類有關(guān);“主峰”值與“次峰”值都會(huì)隨著滯塵量的增加而減小并且“主峰”位置與“次峰”位置的大小關(guān)系同樣同植物種類有關(guān)。不同滯塵量對(duì)葉片反射光譜的影響相對(duì)于冠層而言更加穩(wěn)定。相應(yīng)的研究結(jié)果可為不同城市功能區(qū)的植物種類識(shí)別或城市不同功能區(qū)粉塵污染程度的識(shí)別提供光譜支撐。
　　(2)滯塵對(duì)不同含水量或不同色素濃度植物

4、光譜的影響主要體現(xiàn)在改變反射光譜反射值和改變相鄰反射光譜間的間隔這兩方面。對(duì)于不同含水量而言，在750-1350nm波段之間，滯塵前后含水量對(duì)光譜的影響規(guī)律相對(duì)穩(wěn)定而且各含水量水平的反射光譜間的間隔相比較于其他波段都較大，即750-1350nm波段可很好地反映植被的含水量變化。對(duì)于不同色素含量而言，350-700nm和750-1350nm波段范圍能很好地反映植物色素濃度的變化。
　　(3)對(duì)于葉片尺度而言:滯塵不會(huì)改變?nèi)~片EWT(

5、等效水深度)、FWC（相對(duì)含水量）同各指數(shù)之間的相關(guān)性質(zhì)，但其會(huì)改變兩者與各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);滯塵會(huì)降低葉片EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，而會(huì)增高葉片F(xiàn)WC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);無(wú)論在無(wú)塵還是在有塵情況下，葉片EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)都高于葉片F(xiàn)WC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù);這說(shuō)明，EWT更能反映植物葉片的含水量情況。對(duì)于冠層尺度而言，由于冠層EWT同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)低于FWC同各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，因此FWC更能反映植物冠

6、層的含水量情況。
　　(4)不同樹(shù)種含水量指標(biāo)與各種光譜指數(shù)間相關(guān)系數(shù)不同并且滯塵對(duì)其的影響程度也不同。各樹(shù)種都存在與之含水量相關(guān)系數(shù)較高的光譜指數(shù)（“最適指數(shù)”），但在滯塵前后“最適指數(shù)”并非具有完全的一致性。除此之外，“最適指數(shù)”會(huì)隨著樹(shù)種的變化而變化即某一光譜指數(shù)不具備葉片含水量反演的普適性能力。對(duì)不同樹(shù)種同時(shí)進(jìn)行含水量反演，會(huì)增大研究的難度。
　　(5)無(wú)論對(duì)于不同波段或是各指數(shù)而言，滯塵都不會(huì)改變各種色素同兩者之間

7、的相關(guān)性質(zhì)，但都會(huì)改變各種色素同各波段或各指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)。對(duì)于葉綠素a和類胡蘿卜素而言滯塵會(huì)增高其與各波段之間的相關(guān)系數(shù)，對(duì)于葉綠素b的影響，與葉綠素a和類胡蘿卜素正相反。無(wú)論是在有塵還是在無(wú)塵狀態(tài)下葉綠素a同各波段之間的相關(guān)系數(shù)都高于葉綠素b同各波段之間的相關(guān)系數(shù)，葉綠素同各波段之間的相關(guān)系數(shù)高于類胡蘿卜素同各波段之間的相關(guān)系數(shù)。雖然滯塵對(duì)各色素同各指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)的影響與所選的指數(shù)有關(guān)，但就整體而言（平均變化），滯塵對(duì)其影響的規(guī)律

8、與滯塵對(duì)波段的的影響規(guī)律相同。
　　(6)滯塵會(huì)對(duì)葉片含水量反演和葉綠素濃度反演產(chǎn)生影響。在葉片含水量反演方面，滯塵對(duì)葉片含水量反演精度的影響與滯塵量有關(guān)。但總體上表現(xiàn)為:滯塵不僅會(huì)降低反演回歸模型的決定系數(shù)，而且會(huì)增大估測(cè)模型RMSE值和RE值，并降低反演精度。而且不同建模指標(biāo)對(duì)滯塵量的變化的敏感度不同。滯塵對(duì)葉綠素濃度反演的影響呈現(xiàn)兩種變化情況:其一為增高反演精度;其二為降低反演精度;但增高程度遠(yuǎn)低于降低程度。滯塵對(duì)兩者的影響