森林冠层光谱与林下背景光谱尺度差异分析.docx资源-CSDN文库

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森林生态系统具有明显的垂直分布特征

[1]

。除热带雨林外，大部分森林都可以分为林

上冠层和林下植被层

[2]

。其中林上冠层主要由乔木组成，林下植被层主要由灌木、草本和

苔藓等组成

[3]

。林下植被是森林生态系统的一个重要组成部分，从森林生态系统的动力学

和功能方面来讲，它通过长期连续性的影响，促进营养循环和能量流动，不仅成为生态系

统的驱动力，发挥核心作用

[4-5]

，同时在维护生态系统植物多样性和稳定性方面发挥着巨大

作用

[6]

。

多元遥感技术的发展使林下植被信息定量提取成为可能。多角度和雷达遥感系统凭借

其对森林垂直结构的敏感性，成为林下植被信息定量提取的主要手段

[2]

。例如 Pisek 和

Chen

[7]

利用多角度 MISR(multi-angle imaging spectro-radiometer)数据实现了森林背景反

射率的遥感估算。Jiao 等

[8]

利用多角度 MISR 数据绘制了森林背景反射率全球分布图。

Wing 等

[9]

利用机载激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)数据估算了美国加州东北

部林区林下植被覆盖度。Korpela

[10]

利用机载 LiDAR 数据进行了松树林下地被苔藓的提

取，结果表明提取精度可以达到 75%。

光学遥感获取森林垂直结构信息，特别是林下信息提取时，多借助多角度观测数据分

离的森林背景光谱结合光谱分析技术获得林下信息。相比较光学遥感，雷达遥感具有更好

的穿透性，在获取森林垂直结构信息方面表现得更为突出。但在轨可用的雷达遥感数据很

少，数据成本高；而多角度遥感数据存在数据源有限且空间分辨率偏低的问题，很大程度

上限制了利用遥感数据监测林下植被层的相关研究。虽然在轨单角度光学遥感数据种类繁

多，可以满足不同时间尺度、空间尺度对地观测研究，但利用单角度光学遥感数据很难直

接获取林下光谱，主要原因之一就是森林结构对光的截获和散射特征尚不清楚, 冠层光谱

与林下背景光谱间的尺度差异也不明确。

本研究利用几何光学模型 4-scale 模拟辐射能量在森林中的传输过程，获得不同森林

结构下冠层光谱和森林背景光谱变化特征，分析森林结构对林下光谱的影响，研究冠层光

谱与林下背景光谱间的尺度差异。相关研究可为削弱或消除冠层光谱与林下背景光谱间的

尺度差异及利用单角度光学遥感进行林下参数反演提供参考。

1. 原理和方法

1.1 森林背景光谱采集

野外背景的光谱范围选择为 51°05′07″N~51°39′24″N, 125°07′55″E ~ 125°50′05″E，

采集时间分别为 2015-08 和 2016-05。选取大兴安岭地区典型林分类型：兴安落叶松林、

兴安落叶松林白桦混交林、蒙古栎林、山杨白桦混交林及樟子松人工林，设置 5 个样地，

采用系统布点法布设 9 个采样点，采集林下光谱数据。野外背景光谱采集工作均在天气晴

朗无云的情况下进行，光谱采集时间为 10:00—14:00，光谱反射率散点图如图 1 所示。

利用 SVC1024i(350~2 500 nm)便携式地物光谱仪采集光谱数据，每个测点测量 5 次取平

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