沙柳沙障固沙地迎风坡地物光谱特性研究.doc
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1、精品论文沙柳沙障固沙地迎风坡地物光谱特性研究杨光1,李庆和2(1. 内蒙古农业大学生态环境学院;52. 内蒙古水事监理服务中心)摘要:论文以库布齐沙漠沙柳沙障固沙地迎风坡不同部位沙粒、黑色及绿色生物结皮为研究对象,通过实地采集地物光谱数据,对比分析了其在迎风坡不同部位的光谱反射特性及变化 规律。研究结果表明:土壤颗粒的大小直接关系到土壤反射率高低,随着人工固定沙地地表 土壤中粉粒和黏粒含量的增加,其地表反射率呈下降的趋势;黑色生物结皮的光谱反射率曲10线总体变化比较平缓,与维管植物相比差异较大,反映到光谱曲线上典型特点是“红边”位 置基本不存在;绿色结皮的光谱特性从绿光波段反射峰、叶绿素吸收峰
2、及高反射区等方面与 维管植物比较相近,最典型的特点是“红边”不仅存在而且非常明显,说明绿色生物结皮比 黑色生物结皮更接近维管植物的特点。关键词:地物光谱特性;生物结皮;固定沙地;库布齐沙漠15中图分类号:O433.1Study on the Spectral Characteristics of Windward Slope ofDune Fixed by Sand Barriers of Salix PsammophilaYANG Guang1, LI Qinghe220(1. College of Ecology and Environmental Science,Inner Mongol
3、ia AgriculturalUniversity,Hohhot 010019;2. Inner Mongolia Water Supervision Center,Hohhot 010020)Abstract: This paper take the sand, black and green biological crust in different parts of WindwardSlope of Dune Fixed by Sand Barriers of Salix Psammophila as rearch objects, measured the spectral25data
4、 in study field, compared and anylyzed the spectral reflectance characteristics and variation law.The results show that the size of the soil particles is directly related to the level of soil reflectance, with silt and caly increasing, the spectral reflactance of soil presents downtrend; Compared wi
5、th vascular plants, the curve of spectral reflactanc of black biological crust is relatively gentle, “red edge”does notexsist basiclly; In terms of green band reflection peak, chorophyll absorption peak and high reflective30area, the spectral characteristics of green crust is relatively similar to t
6、he vascular plants, the defining characteristic is that the “red edge”not only exists but also is very obvious, this shows that the characteristic of green biological crust is closer to vascular plants than black biological crust.Key words: The Spectral Characteristics; Biological Crust; Fixed Sand;
7、 Kubuqi Desert350引言生物结皮又称微生物结皮,是苔类、叶苔、蓝绿藻、地衣类、真菌和细菌以及许多景观 中常见的非维管植物成分形成的十分复杂的聚合体1-2。生物结皮在干旱区生态系统中扮演 着重要的角色,它能在干旱、瘠薄、高温等恶劣的环境中生存繁殖,在热带和寒带的干旱及 半干旱地区分布广泛,在某些地区其覆盖度在 70%以上,是干旱和半干旱地区生态系统演40替中的重要环节3-5。20 世纪 80 年代以来,伴随着沙漠化威胁的日益加重,生物结皮在荒基金项目:基金项目:教育部新教师基金项目(2009151520005);内蒙古自然科学基金项目(2011BS0608)作者简介:杨光(1974
8、),男,汉族,博士,副教授,主要研究方向:荒漠化遥感监测. E-mail: - 7 -漠生态系统中的作用愈发突出,生物结皮所具有的生态功能亦引起了学者的普遍重视,并逐渐成为荒漠地区生态研究的热点。研究者分别从地表生物结皮的发育及生物结皮对土壤入 渗、植物生长、土壤抗冲性、土壤微生物的影响等方面进行了研究与探讨3,6-12,而对沙丘 表面生物结皮的光谱特性研究较少。本文以库布齐沙漠中段七里明沙区沙柳沙障固沙地迎风45坡不同部位沙粒、黑色和绿色生物结皮为研究对象,采集了迎风坡不同部位裸沙粒、黑色和 绿色生物结皮地物光谱数据,对比分析了其光谱特性,找出其变异规律,不仅是建立地面光 谱数据与遥感图像空
9、间光谱数据之间的桥梁,也是提高地物识别精度和信息定量反演精度的 基础,其理论成果将为利用生物结皮进行沙漠沙地治理提供积极的指导作用。1研究区概况50研究区位于库布齐沙漠中段七里明沙区,区域范围界于:N40104020,E1094811048。研究区位于内蒙古高原向黄土高原的过渡带,属于温带大陆性气候。年平均温度 为 6.1,极端最高温度为 40.2,最低为-34.5。多年平均降雨量为 310mm,79 月降 水量占全年的 70%,且多以暴雨形式出现,蒸发量 2500mm。大风日数最多达 48d/a,主导 风向为西北风。研究区总面积 400km2,区内地貌类型主要由流动沙丘、半固定沙丘、风蚀55
10、残丘等构成,其中流动沙地面积 1.13104hm2,占本区总面积的 28.3%。2研究方法及数据处理2.1 光谱数据采集点选择以设有 10 年沙柳沙障的典型固定沙丘为研究区,选择迎风坡丘间地、沙丘底部、沙丘 中部及沙丘上部作为光谱数据采集点,分别采集迎风坡不同部位裸沙、黑色和绿色生物结皮60的地物光谱数据。为使数据具有可比性,生物结皮光谱数据采集点处的生物结皮盖度均为4555%。2.2 观测仪器本研究采用的是由美国 Spectra Vista 公司生产的 SVC HR-1024 便携式地物光谱仪(FieldPortable Spectroradiometers),有效光谱范围在 3502500
11、nm,通道数为 1024,光谱分辨率65为:350 1000 nm 内3.5nm,1000 1850 nm 内8.5nm,1850 2500 nm 内6.5nm,最 小积分时间 1ms,信号采集方式采用蓝牙传输。2.3 光谱数据采集及处理2.3.1光谱数据采集 野外地物光谱特性测量受太阳高度角和天气状况的影响较大。为了克服太阳高度角变化70对测量结果的影响,选择每天 10:0014:00 为野外测量时间。在 2012 年 8 月 4 日8 月5 日天气晴朗无风的时段进行了研究区地物光谱测量。每个全光谱数据测量时间设定为 5s, 地物光谱测量前首先对光谱仪进行暗电流采集和白板标定,以后每更换一次
12、地点,进行一次 白板标定。测量高度即探头距离地物 60cm,每类地物测量均在 10 分钟内完成 10 次测量, 取其平均值作为该类地物的反射率。752.3.2光谱数据融合首先利用地物光谱仪自带的 SVC HR-1024 软件对研究区变异较大的地物光谱曲线进行精品论文剔除,然后利用该软件的 Overlap/Matching 功能对数据重叠部分进行匹配,再利用 Merge功能对地物光谱数据进行融合。2.3.3光谱数据平滑80由于光谱仪波段间对能量相应上的差异,使光谱曲线总存在一些噪声,为得到平衡与概 略的变化,需平滑波形,以去除包含在信号内的少量噪声。实践表明:如果噪声频率较高, 其量值也不大,用
13、平滑法可在一定程度上降低噪声。常用的平滑方法有移动平均法、静态平 均法、傅立叶级数近似等,其大部分方法是基于低通滤波,使用低通滤波保留低频部分的同 时消除高频部分,以达到平滑和去噪的作用。本文采用 9 点移动平滑法对采集的地物光谱数85据进行平滑处理。数据平滑在遥感影像处理软件 ENVI/IDL 支持下完成。利用 IDL 中的 Smooth 函数编写 9 点平滑代码,在 ENVI 中通过“Spectral”菜单下的“Spectral Math”, 调用 9 点平滑函数对实测光谱数据进行平滑处理。平滑处理前后效果见图 1。6050平滑后光谱40平滑前光谱30反射率(%)20100-1035060
14、0850110013501600185021002350-20-30波长(nm)图 1 光谱平滑处理效果对比图90Fig1. Comparison chart of spectral smoothing effect2.3.4剔除水汽吸收波段 由于大气中水汽的强烈吸收,地面光谱和空中遥感数据在水汽吸收波段基本都是噪声。为使野外地面测量结果与今后遥感数据相匹配,需剔除水汽吸收峰影响严重的波段区域,去除明显错误波段数值。通过借鉴有关文献结论13结合 SVC 地物光谱仪数据采集特点,具体95剔除波段范围为:13501417nm,17971971nm,24702500nm。 剔除水汽吸收前后光谱曲线比
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- 沙柳 固沙 迎风 坡地 光谱 特性 研究
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