定量遥感在生态学研究中的基础应用

■王娜

（青海省地矿测绘院 青海 西宁810001）

定量遥感在生态学研究中的基础应用

■王娜

（青海省地矿测绘院 青海 西宁810001）

近年来，全球变化问题越来越突出，其是一种存在于不同时空尺度的环境和生物相互作用之下的动态和格局变化，对全球变化的研究需要大量的时空尺度的数据，这一数据的重要来源就是不同时空分辨率的遥感影像图。本文主要从遥感的功能出发，介绍遥感应用在生态系统参数的提取、植被覆盖的分类、生态系统模型等方面研究的基础情况，希望可以为生态研究提供思路，以进一步应用遥感解决声讨学研究中的相关问题。

定量遥感生态学研究基础应用

随着社会的飞速发展和进步，多时相多分辨率的遥感数据越来越多的被应用到全球生态学和景观生态学之中。从遥感的功能上来看，生态学研究可以从遥感数据中获得生态系统的特征参数以及植被覆盖类型，在此基础上结合其他的非遥感数据就可以在较大范围上来研究生态系统的演化过程[1]。目前在遥感数据中提取陆地表面生物物理信息构建模型的工作已经取得了非常大的进展，通过遥感的反演过程获得了地面的物理参数，其中包括：叶面积指数、地面反照率等，这些参数均可以作为陆地生态系统碳循环模型中的参量或者是变量。本文主要从遥感的功能出发，介绍遥感应用在生态系统参数的提取、植被覆盖的分类、生态系统模型等方面研究的基础情况。

1 遥感植被覆盖分类

植被覆盖分类是全球变化、陆地生态系统碳循环、景观格局与动态等生态学研究的基础。通过遥感技术获得的影响，可以识别土地覆盖类型和确定土地面积。在土地覆盖类型的分类方法张主要有：数理统计分类、目视解译法、人工神经网络分类、多源信息分类、上下文关系分类分析。在遥感植被覆盖分类过程中主要需要注意以下几方面的问题：（1）确定分类体系；（2）选择分类指标；（3）地物特征识别技术；（4）混合像源的分解技术[2]。目前在全球范围没有许多的植被覆盖分类系统，这些系统的研究方法不一致，因此有必要再全球范围内建立统一的植被覆盖分类系统，以更加适应全球生态的研究。选择正确的分类指标有助于正确的识别地物，同时植被的归一化的指数、植被生物物理参数以及光谱特征曲线可以广泛的被应用到植被的分类研究中。地物特征识别技术的使用提高了植被的分类与识别精度。

2 生态系统参数遥感

2.1 环境参数的获取

2.1.1 地面反照度

地面反照度是指地表反射辐射和太烫散射量之间的比值，地面反照度的测量工作正常情况下是在清空的条件下进行测量，表示为百分比。通过地面同步卫星传感器和几个极轨提供的反射数据来对地表反照度进行估计。

2.1.2 地表温度

裸地的地表、覆盖有植被的冠层表面均具有热辐射。土地表面的温度一般情况下是由入射的太阳辐射决定，但是同时也受到大气和地表热惯量、土壤水分以及反照度等因子的影响。在覆盖有植被的冠层表面的温度直接收蒸散的控制，间接的受根系水分的影响。地表温度计算中使用较多的数据是AVHRR数据，计算地表温度的方法中分为理论方法和实验方法。理论方法是利用求解辐射传输方程，以消除大气的影响，最终求出地表温度。实验方法则是直接在实际工作中使用地表定标，测出在传感器过顶时的地表温度，进而利用所获得数据建立图像灰度值和地表辐射能量值之间的一个回归方程，最终求出地表温度图像[3]。

2.1.3 其他环境参数

通过遥感还可以获得土壤湿度、比辐射率、反演太阳辐射、地表粗糙度等参数，同时光学遥感对于地表温度、地表反射率以及植被参数等的获取上面具有巨大的优势，对于地表粗糙度和土壤湿度参数的获取也具有一定的有效性。在土壤湿度参数的获取上面微波遥感的前景更好，其不仅具有监视土壤水分的物理基础，而且微波遥感还不受光照条件的限制，可以进行全天候的工作，同时对土壤和植被还具有一定的穿透力。因此今后遥感的一个重要研究方向就是微波遥感。在陆面研究的最终是要将获得的地表参数和能量通量带入路面的过程模式中，进而可以将陆面过程中的参数化进行改进，改进为全球性或者是区域性的模式。

2.2 植被参数的反演

2.2.1 叶面积指数

叶面积指数是指单位面积上的叶面积，其主要表征假想的垂直于地表的冠层圆柱体内有多少叶表面(或有效光合叶子)的因子。叶面积指数是描述冠层特征的重要参数其决定了植被可以接受的光辐射，其直接影响大气和植被间的能量和物质交换。LAI可以通过野外小样直接的进行破坏性观测和通过冠层辐射传播模型来进行间接的估计。目前发展的对地观测系统就是通过反演NPP、FPAR、LAI，来获得植被参数。

2.2.2 光合作用

植物对光反射综合季相影响植物对光的吸收，因此光合有效辐射分量和之首的光合有效辐射可以间接的从遥感影像中获得，例如NOAA甚高分辨率光谱仪(AVHRR)的第一、第二道数据计算的归一化植被指数估算，其中fAPAR的公式为：

fAPAR=1.5(NDVI-0.1)[4]。

3 研究趋势

目前定量遥感应用到了生态农业中的各个方面，但是一直以来探测植被的生化成分含量是定量遥感的难点之一，随着成像光谱技术的发展和进步，也逐渐解决了这一难题。因此使用地物光谱数据，进一步的研究叶片化学特性和光谱特征的关系，以此来进一步通过遥感数据来估算化学组分的含量[5]。而且随着新型传感器和新型卫星平台的发展也为研究生态学提供了更为丰富的数据来源，例如高光谱和MODIS等。目前定量遥感在生态学研究中已经被广泛使用，且生态系统参数的反演已经趋于成熟，其他参数的反演也将随着遥感技术的不断提升、信息获取量的加大而进一步发展和提升。

[1]张东霞,张继贤,常帆,梁勇.遥感技术在主要粮食作物估产中的应用 [J].测绘科学. 2014(11)

[2]彭华蓉.卫星遥感技术在环境保护中的应用分析 [J].北方环境.2012(05)

[3]康宏民.遥感测绘技术在测绘工作中的应用研究 [J].科技创新与应用.2012(23)

[4]万红梅,李霞,董道瑞,刘欢.塔里木河下游林地树冠QuickBird影像信息提取与分析[J].西北植物学报.2011(09)

[5]白元,徐海量,张鹏,赵新风,傅荩仪.塔里木河下游荒漠植物群落物种多样性及其结构特征分析 [J].生态与农村环境学报.2012(05)

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-12-175-1