植被光譜分析與植被指數(shù)計(jì)算解讀

1、植被光譜分析與植被指數(shù)計(jì)算在遙感中，常常結(jié)合不同波長(zhǎng)范圍的反射率來(lái)增強(qiáng)植被特征，如植被指數(shù)（vegetationindicesVI）的計(jì)算，植被指數(shù)（VI）是兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的地物反射率組合運(yùn)算，以增強(qiáng)植被某一特性或者細(xì)節(jié)。目前，在科學(xué)文獻(xiàn)中發(fā)布了超過(guò)150種植被指數(shù)模型，這些植被指數(shù)中只有極少數(shù)是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的實(shí)踐檢驗(yàn)。本文總結(jié)現(xiàn)有植被指數(shù)，根據(jù)對(duì)植被波譜特征產(chǎn)生重要影響的主要化學(xué)成份：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），總結(jié)了7大類實(shí)用性較強(qiáng)的植被指數(shù)，即：寬帶綠度、窄帶綠度、光利用率、冠層氮、干旱或碳衰減、葉色素、冠層水分含量。這些植

2、被指數(shù)可以簡(jiǎn)單度量綠色植被的數(shù)量和生長(zhǎng)狀況、葉綠素含量、葉子表面冠層、葉聚叢、冠層結(jié)構(gòu)、植被在光合作用中對(duì)入射光的利用效率、測(cè)量植被冠層中氮的相對(duì)含量、估算纖維素和木質(zhì)素干燥狀態(tài)的碳含量、度量植被中與脅迫性相關(guān)的色素、植被冠層中水分含量等。包括以下內(nèi)容：植被光譜特征植被指數(shù)HJ-1-HSI植被指數(shù)計(jì)算1.植被光譜特征植被跟太陽(yáng)輻射的相互關(guān)系有別于其他物質(zhì)，如裸土、水體等，比如植被的“紅邊”現(xiàn)象，即在v700nm附近強(qiáng)吸收，700nm高反射。很多因素影響植被對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射，包括波長(zhǎng)、水分含量、色素、養(yǎng)分、碳等。研究植被的波長(zhǎng)范圍一般為400nmto2500nm，這也是傳感器設(shè)計(jì)選擇的波長(zhǎng)

3、范圍。這個(gè)波長(zhǎng)范圍可范圍以下四個(gè)部分：可見(jiàn)光（Visible）：400nmto700nm近紅外（Near-infraredNIR）：700nmto1300nm短波紅外1（Shortwaveinfrared1SWIR-1）:1300nmto1900nm短波紅外2（Shortwaveinfrared2SWIR-2）：1900nmto2500nm其中NIR和SWIR-1的過(guò)渡區(qū)（1400nm附近）是大氣水的強(qiáng)吸收范圍，衛(wèi)星或者航空傳感器一般不獲取這范圍的反射值。SWIR-1和SWIR-2的過(guò)渡區(qū)（1900nm附近）也是大氣水的強(qiáng)吸收范圍。植被可分為三個(gè)部分組成：植物葉片（PlantFoliage）植

4、被冠層（PlantCanopies）非光合作用植被（Non-PhotosyntheticVegetation）這三個(gè)部分是植被分析的基礎(chǔ)，下面對(duì)他們?cè)敿?xì)介紹。1.1 植物葉片（PlantFoliage）植物葉片包括葉、葉柄以及其他綠色物質(zhì)，不同種類的葉片具有不同的形狀和化學(xué)成份。對(duì)波譜特征產(chǎn)生重要影響的主要化學(xué)成份包括：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），這也是遙感反演的基礎(chǔ)，如用植被指數(shù)來(lái)估算葉子的化學(xué)成份。色素（Pigments）葉色素主要包括葉綠素、葉黃素和花青素。這些都是植被的健康的指標(biāo)，比如含高濃度葉綠素的植被一般很健康，相反，葉

5、黃素和花青素常常出現(xiàn)在健康較差的植被，瀕臨死亡的植被出現(xiàn)紅色、黃色或棕色。葉色素只影響可見(jiàn)光部分（400nm700nm），圖1為幾種葉色素在可見(jiàn)光范圍的相對(duì)光譜吸收特征。003QO20.01400450500Wavelengthcnm)ow650圖1部分葉色素的相對(duì)光譜吸收特征水分（Water）葉子的幾何特性、冠層結(jié)構(gòu)和對(duì)水的需求影響植被的水分含量。水分對(duì)植被反射率的影響波段范圍在NIR和SWIR（圖2）。在1400nm和1900nm附近有吸收波谷，但是傳感器一般會(huì)避開(kāi)這兩個(gè)波段范圍。在970nm和1190nm附近也有強(qiáng)吸收特征，可利用這兩個(gè)波段范圍監(jiān)測(cè)植被水分。碳（Carbon）植物中的碳是

6、以很多形式存在，包括糖，淀粉，纖維素和木質(zhì)素等。纖維素和木質(zhì)素的吸收特征表現(xiàn)在短波光譜范圍內(nèi)容（圖3）。圖2葉片水和碳（纖維素和木質(zhì)素）相對(duì)光譜吸收特征氮（Nitrogen）葉子中的氮元素一般包含在葉綠素、蛋白質(zhì)以及其他分子中。植被指數(shù)（VI）對(duì)包含在葉綠素中的氮元素很敏感（大約含6%氮）。包含在蛋白質(zhì)中的氮元素在1500nm1720nm范圍內(nèi)對(duì)葉片波譜特征影響比較大。從上可以看出，植被與輻射的相互作用主要體現(xiàn)在葉片的波譜特征，因此，在可見(jiàn)光譜段內(nèi)，主要太陽(yáng)輻射的吸收來(lái)自葉綠素、葉黃素和花青素，形成450nm和670nm附近的吸收谷；在近紅外譜段內(nèi)，主要太陽(yáng)輻射的吸收來(lái)自水分，形成970nm和

7、1190nm兩個(gè)水吸收帶；在短波紅外譜段內(nèi)，除了水分，各種形式存在的碳和氮也對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收有一定的貢獻(xiàn)，形成1400nm和1900nm吸收谷。圖3是葉片反射率與透射光譜（TransmittanceSpectra）對(duì)比例子，木本植被和草本植被在色素、水分、氮等含量不一樣，反射率與透射光譜關(guān)系也不一樣。VISNIRSVUIR1SWIR2Ipfr:代號(hào)aa笛)SM12001600200024QQWavelengrh(nmi圖3木本植物(A)和草本植物(B)的葉片反射率與透射光譜1.2 植被冠層(PlantCanopies)單片葉子的反射特性對(duì)植被冠層光譜特征是重要的，此外，葉子數(shù)量和冠層結(jié)構(gòu)對(duì)植被

8、冠層的散射、吸收也有重要的影響。比如不同的生態(tài)系統(tǒng)中，森林、草原、或農(nóng)業(yè)用地等都具有不同的反射特性，雖然它們單個(gè)葉子很類似。有很多植被模型用于描述冠層光譜特征。兩個(gè)最重要的是葉面積指數(shù)(LAI)和葉傾葉角分布(LAD)。LAI指每單位面積地上綠葉面積，這表現(xiàn)了冠層中綠色植被的總數(shù)；LAD描述了樹(shù)葉所有類型的定向，常用平均葉傾角(MLA)近似。MLA表示冠層中的每個(gè)葉片角度與水平方向的差值的平均值。圖4表示LAI和LAD對(duì)植被冠層的影響效果，MLA近似LAD。在近紅外譜段內(nèi)，植被強(qiáng)反射太陽(yáng)輻射，植被冠層在可見(jiàn)光和SWIR-2是強(qiáng)吸收。使用可見(jiàn)光和SWIR-2的植被指數(shù)對(duì)上層林冠非常敏感。0圖4L

9、AI(A)和MLA(B)的增減對(duì)植被冠層的影響1.3 非光合作用植被(Non-PhotosyntheticVegetation)在自然界里，還包括占了全球植被覆蓋一半的衰老或死亡植被，它們被稱為非光合作用植被(簡(jiǎn)稱NPV)。NPV的冠層也具有木本森林結(jié)構(gòu)，如樹(shù)干，莖，和樹(shù)枝等。NPV主要包含碳元素，以淀粉，纖維素和木質(zhì)素形式存在，NPV的光譜特征主要受這些物質(zhì)支配。在短波紅外內(nèi)的波動(dòng)比較大，與綠色植被相反，SWIR-1和SWIR-2范圍內(nèi)散射占主導(dǎo)。圖5顯示了綠色植被和NPV冠層光譜特征。WSNIRISWlAl|$訊舊豆4>1IIL|IItI|IIII|ItI65432100O.O.Oo

10、00.otscn丄(puue也ByLr150Q2500Wavelength(nm)圖5透射綠色植被和干植被的冠層反射特性的變化(400nm2500nm)2.植被指數(shù)植被指數(shù)（VI）是兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的地物反射率組合運(yùn)算，以增強(qiáng)植被某一特性或者細(xì)節(jié)。所有的植被指數(shù)要求從高精度的多光譜或者高光譜反射率數(shù)據(jù)中計(jì)算。未經(jīng)過(guò)大氣校正的輻射亮度或者無(wú)量綱的DN值數(shù)據(jù)不適合計(jì)算植被指數(shù)。下面是7大類27種植被指數(shù)的說(shuō)明，這些植被指數(shù)都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格生物條件下測(cè)試的。2.1寬帶綠度BroadbandGreenness（5種）寬帶綠度指數(shù)可以簡(jiǎn)單度量綠色植被的數(shù)量和生長(zhǎng)狀況，它對(duì)植物的葉綠素含量、葉子表面冠層、

11、冠層結(jié)構(gòu)比較敏感，這些都是植被光合作用的主要物質(zhì)，與光合有效輻射（fAPAR）也有關(guān)系。寬帶綠度指數(shù)常用于植被物候發(fā)育的研究，土地利用和氣候影響評(píng)估，植被生產(chǎn)力建模等。寬帶綠度指數(shù)選擇的波段范圍在可見(jiàn)光和近紅外，一般的多光譜都包含這些波段。下面的公式中規(guī)定波段的中心波長(zhǎng)：pNIR=800nm，pRED=680nm，pBLUE=450nm。怖緬摘竝'JINeifmallzAdDifTAr*n悄戲19磯憎誌hEnhanceVag-iEaEiMl-FiKc沁I皿切Iill島trrDip-heracBhrxlintVeuctirt>niiIndu表1寬帶綠度指數(shù)TltE占辿丸悴劇歸iI的

12、的訊'j貝t址按血H''I坤腫片也的側(cè)一n：iCtf4#St曲IB攔時(shí)的熬時(shí)UflLWa拉IWM勺£履血LI：W-B.mvi.解視i.aTf1=1i汗戕iff（flfiMt響卅囂mi巴a覽解il：）,*用m的睪沖.如門(mén)tsirj¥it珀申常邛柿博沁：j-iBjjq卑m吹.PmrPRED1) 歸一化植被指數(shù)(NormalizedDifferenceVegetationIndexNDVI)NDVI眾所周知的一種植被指數(shù)，在LAI值很高，即植被茂密時(shí)其靈敏度會(huì)降低。其計(jì)算公式為：NDVI=（式1）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.20.8。2）比

13、值植被指數(shù)（SimpleRatioIndexSR）SR25fP&tRPREDPNIRPRED7PBLUE指數(shù)也是眾所周知的一種植被指數(shù)，在LAI值很高，即植被茂密時(shí)其靈敏度會(huì)降低。其計(jì)算公式為：SR=（式2）值的范圍是030+,般綠色植被區(qū)的范圍是28。3）增強(qiáng)植被指數(shù)（EnhancedVegetationIndexEVI）EVI通過(guò)加入藍(lán)色波段以增強(qiáng)植被信號(hào)，矯正土壤背景和氣溶膠散射的影響。EVI常用于LAI值高，即植被茂密區(qū)。其計(jì)算公式為：EVI=（式3）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.20.8。4）大氣阻抗植被指數(shù)（AtmosphericallyResistantVe

14、getationIndexARVI）ARVI是NDVI的改進(jìn)，它使用藍(lán)色波段矯正大氣散射的影響（如氣溶膠），ARVI常用于大氣氣溶膠濃度很高的區(qū)域，如煙塵污染的熱帶地區(qū)或原始刀耕火種地區(qū)。其計(jì)算公式為：Pnir（7PredPbluejEVI=（式4）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.20.8。5）綠度總和指數(shù)（SumGreenIndexSG）SG指數(shù)是用于探測(cè)綠色植被變化最簡(jiǎn)單的植被指數(shù)。由于在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，綠色植被對(duì)光強(qiáng)吸收，SG指數(shù)對(duì)稀疏植被的小變化非常敏感。SG指數(shù)是500nm600nm范圍內(nèi)平均波譜反射率?？偤妥詈髸?huì)被轉(zhuǎn)化回反射率。值的范圍是050+,般植被區(qū)域是1025。2

15、.2窄帶綠度NarrowbandGreenness（7種）窄帶綠度指數(shù)對(duì)葉綠素含量、葉子表面冠層、葉聚叢、冠層結(jié)構(gòu)非常敏感。它使用了紅色與近紅外區(qū)域部分紅邊，紅邊是介于690nm740nm之間區(qū)域，包括吸收與散射。它比寬帶綠度指數(shù)更加靈敏，特別是對(duì)于茂密植被。表2窄帶綠度指數(shù)lAwm-dI岸IE科曲壯FedEdg-eNormilcedDfentnaVcpelTlmnInd0)J-LilbiM赳an理陽(yáng)IE卵林時(shí)ipI陽(yáng)gind.Aa?：IUlUIItM*4即戢啊卯FLHNQrm»hfhDHTArd>HC*VAf*IMrOnIftElfiklVD(tlnaAflV-jTitt；1

16、V»aImannR.*dfdgaInd*jf1<VaftiTiarm<.叮i前2V*falmaruiRmIEdg#ludti:J.>Voftfenam已出改mVgDlmann!H.*dIndxJlJ.u*sf!:iX!.E-dcPhIicIn4ra便期tr也址段的曲進(jìn)空ndvi出用&.iS&rttiBTJtH«-怪捕色隹近"ftfeLSlWStt址Iilla-Rdil-h-IE舲過(guò)農(nóng)阿思帥咀性和11疋過(guò)直h4!hl創(chuàng)過(guò)時(shí)狀擅示極也助逬件寶P社*fifL巒U遠(yuǎn)兄梓曲社M咗鉤-時(shí)啊常第就畀韋收肆1) 紅邊歸一化植被指數(shù)(RedEdge

17、NormalizedDifferenceVegetationIndexNDVI705)NDVI705是NDVI的改進(jìn)型，它對(duì)葉冠層的微小變化、林窗片斷和衰老非常靈敏。它可用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、森林監(jiān)測(cè)、植被脅迫性探測(cè)等。其計(jì)算公式為78：Pg。旳50斗內(nèi)（J5NDVI705=（式5）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.20.9。2）改進(jìn)紅邊比值植被指數(shù)（ModifiedRedEdgeSimpleRatioIndexmSR705）mSR705改正了葉片的鏡面反射效應(yīng)，可它可用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、森林監(jiān)測(cè)、植被脅迫性探測(cè)等。其計(jì)算公式為6：Pts。PaasPtqs+PaasmSR705=(式6)值的范圍是

18、030,般綠色植被區(qū)的范圍是28。3) 改進(jìn)紅邊歸一化植被指數(shù)(ModifiedRedEdgeNormalizedDifferenceVegetationIndexmNDVI705)mNDVI705是NDVI705的改進(jìn)型，它考慮了葉片的鏡面反射效應(yīng)。它對(duì)葉冠層的微小變化、林窗片斷和衰老非常靈敏。它可用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、森林監(jiān)測(cè)、植被脅迫性探測(cè)等。其計(jì)算公式為：P75DP7Q5fi70Sfi7OS-2p44mNDVI705=(式7)值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.20.7。4) Vogelmann紅邊指數(shù)1(VogelmannRedEdgeIndex1VOG1)VOG1指數(shù)對(duì)葉綠素濃度、

19、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。它可應(yīng)用于植物物候變化研究、精細(xì)農(nóng)業(yè)和植被生產(chǎn)力建模。其計(jì)算公式為：VOG1=(式8)值的范圍是020，一般綠色植被區(qū)的范圍是48。5) Vogelmann紅邊指數(shù)2(VogelmannRedEdgeIndex2VOG2)VOG2指數(shù)對(duì)葉綠素濃度、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。它可應(yīng)用于植物物候變化研究、精細(xì)農(nóng)業(yè)和植被生產(chǎn)力建模。其計(jì)算公式為：715726V0G2=（式9）值的范圍是020,般綠色植被區(qū)的范圍是48。6）Vogelmann紅邊指數(shù)3（VogelmannRedEdgeIndex3VOG3）VOG3指數(shù)對(duì)葉綠素濃度、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。

20、它可應(yīng)用于植物物候變化研究、精細(xì)農(nóng)業(yè)和植被生產(chǎn)力建模。其計(jì)算公式為：715720VOG3=（式10）值的范圍是020，一般綠色植被區(qū)的范圍是48。7）紅邊位置指數(shù)（RedEdgePositionIndexREP）REP指數(shù)對(duì)植被葉綠素濃度變化、葉綠素濃度增加使得吸收特征變寬及紅邊向長(zhǎng)波段方向移動(dòng)非常敏感。紅邊位置在690nm740nm范圍內(nèi)急劇傾斜波長(zhǎng)范圍，一般植被在700nm730nm。REP指數(shù)的結(jié)果輸出是在0.69微米0.74微米光譜范圍內(nèi)，植被紅邊區(qū)域內(nèi)的反射率的最大導(dǎo)數(shù)的波長(zhǎng)。常用于農(nóng)作物監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)，生態(tài)系統(tǒng)干擾探測(cè)，光合作用模型，和由氣候或其他因素產(chǎn)生的冠層脅迫性。2.3 光利用率

21、LightUseEfficiency（3種）光利用率指數(shù)是用來(lái)度量植被在光合作用中對(duì)入射光的利用效率。光的利用效率直接與碳吸收效率、植被生長(zhǎng)速度和光合有效輻射（fAPAR）有很大的關(guān)系。表3光利用率指數(shù)D-'r'I：'-X斗昭ufhntoi±"C-mictf口iMis'iI：J1丄呂UStiI；itVaSuvaueInEtitn-EiEht1tt期總林尅攔特購(gòu)和叫片色冨金植用札卩5目1+日570Pmoo+p日mo1）光化學(xué)植被指數(shù)（PhotochemicalReflectanceIndexPRI）PRI對(duì)活植物的類胡蘿卜素（尤其黃色色素）變化

22、非常敏感，類胡蘿卜素可標(biāo)識(shí)光合作用光的利用率，或者碳吸收效率?？捎糜谘芯恐脖簧a(chǎn)力和脅迫性，常綠灌木植被的健康，森林以及農(nóng)作物的衰老。其計(jì)算公式為：PRI=（式11）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是-0.20.2。2）結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)（StructureInsensitivePigmentIndexSIPI）SIPI用來(lái)最大限度地提高類胡蘿卜素（例如a-胡蘿卜素和卩-胡蘿卜素）與葉綠素比率在冠層結(jié)構(gòu)（如葉面積指數(shù)）減少時(shí)的敏感度，SIPI的增加標(biāo)識(shí)冠層脅迫性的增加?？捎糜谥脖唤】当O(jiān)測(cè)、植物生理脅迫性檢測(cè)和作物生產(chǎn)和產(chǎn)量分析。其計(jì)算公式為：SIPI=（式12）值的范圍是02，一般綠色植

23、被區(qū)的范圍是0.81.8。3）紅綠比值指數(shù)（RedGreenRatioIndexRG）RG比值指數(shù)指示由于花青素代替葉綠素而引起葉片變紅的相關(guān)表達(dá)式?？晒浪阒脖还趯影l(fā)展過(guò)程，它還是葉片生產(chǎn)力與脅迫性的指示器，甚至可標(biāo)識(shí)一些冠層的開(kāi)花。應(yīng)用于植物生長(zhǎng)周期（物候）研究，冠層脅迫性檢測(cè)和作物估產(chǎn)。RG比值指數(shù)結(jié)果輸出是紅色范圍內(nèi)所有波段均值除以與綠色范圍內(nèi)所有波段均值。值的范圍是0.18,般綠色植被區(qū)的范圍是0.73。2.4 冠層氮CanopyNitrogen（1種）冠層氮指數(shù)提供一種用遙感度量氮濃度的方法。氮是葉綠素的重要組成部分，具有高濃度氮的植被生長(zhǎng)速度較快，冠層氮指數(shù)使用短波紅外測(cè)量植被冠層

24、中氮的相對(duì)含量。歸一化氮指數(shù)（NormalizedDifferenceNitrogenIndexNDNI）NDNI是用于估算植被冠層中氮的相對(duì)含量。在1510nm的反射率主要取決于葉片氮的含量，以及冠層總體葉生物量。結(jié)合葉片氮含量和冠層葉生物量在1520nm范圍內(nèi)預(yù)測(cè)葉片氮的含量，在1680nm波長(zhǎng)范圍作為參考反射率，冠層葉生物量這個(gè)波長(zhǎng)范圍具有與1520nm波長(zhǎng)范圍類似的反射特性，而且1680nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)沒(méi)有氮吸收影響。NDNI在植被還是綠色以及覆蓋濃密時(shí)候，對(duì)氮含量的變化非常敏感，它用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)分析和森林管理。其計(jì)算公式為：16SQ）NDNI=（式13）值的范圍是01，一般綠色

25、植被區(qū)的范圍是0.020.1。2.5 干旱或碳衰減DryorSenescentCarbon（3種）干旱或碳衰減指數(shù)是用來(lái)估算纖維素和木質(zhì)素干燥狀態(tài)的碳含量。干碳分子大量存在于木質(zhì)材料和衰老、死亡、或休眠的植被，可以使用這些指數(shù)可以做植被著火性分析和檢測(cè)森林的枯枝落葉層。干旱或碳衰減指數(shù)是基于纖維素和木質(zhì)素在短波紅外波段吸收特性而計(jì)算。表4干旱或碳衰減指數(shù)IIf片-訃去七:薊NenrialE«dDccbeninIntiEF1廉嚴(yán)生的水醴事ahiiMifl機(jī)恥稅折聯(lián)CBMni&M5»nrt«inlnt<K口世|古世申ZDDQnmi氏|旳空的叫也崗卄4Pt

26、artSenuwicjERdtemnnlndni龜用毋胡弗卜事中屮珮囂1給世加幵航即焦邀胖I電75i&aa）1）歸一化木質(zhì)素指數(shù)（NormalizedDifferenceLigninIndexNDLI）NDLI是用來(lái)估算植被冠層木質(zhì)素的相對(duì)含量，應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)分析和檢測(cè)森林的枯枝落葉層。其計(jì)算公式為：NDLI=（式14）值的范圍是01，一般綠色植被區(qū)的范圍是0.0050.05。2）纖維素吸收指數(shù)（CelluloseAbsorptionIndexCAI）CAI可以指示地表含有干燥植被，纖維素在2000nm2200nm范圍內(nèi)吸收特征非常敏感。應(yīng)用于農(nóng)作物殘留監(jiān)測(cè)，植物冠層衰老，生態(tài)系統(tǒng)中的著

27、火條件和放牧管理。其計(jì)算公式為：62000+P2200丿P2100NDLI=（式15）值的范圍是-34+,般綠色植被區(qū)的范圍是-24。3）植被衰減指數(shù)（PlantSenescenceReflectanceIndexPSRI）PSRI用來(lái)最大限度地提高類胡蘿卜素（例如a-胡蘿卜素和卩-胡蘿卜素）與葉綠素比率的靈敏度，PSRI的增加預(yù)示冠層脅迫性的增加、植被衰老的開(kāi)始和植物果實(shí)的成熟?？捎糜谥脖唤】当O(jiān)測(cè)、植物生理脅迫性檢測(cè)和作物生產(chǎn)和產(chǎn)量分析。其計(jì)算公式為：PSRI=（式16）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是-0.10.2。2.6 葉色素LeafPigments（4種）葉色素指數(shù)用于度量植

28、被中與脅迫性相關(guān)的色素。脅迫性相關(guān)的色素包括類胡蘿卜素和花青素，這些色素大量存在衰減植被中，這些指數(shù)不能度量葉綠素。葉色素指數(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)研究、冠層脅迫性分析和精細(xì)農(nóng)業(yè)。葉色素指數(shù)要求反射率數(shù)據(jù)范圍在01。表5葉色素指數(shù)IWii卜AM啪hgrrt"耳Hg乳的加h-也:'；©；小|-仙；"“丄報(bào)膻IM*優(yōu)叮、:卜*：也11h：；R-rfleEiRnteIndex4»Ni«EftRA球也倉(cāng)段和耳JiT色統(tǒng)段則ft#tl的琳tIt"：'4-1i出I釘昭lgrtlWEiw.FUfl&CEanct!=nw&

29、#171;1Jh4-''2fcJ1!».ZCAnlhocyvimRdlectancen*sRIARllifl.1）類胡蘿卜素反射指數(shù)l（CarotenoidReflectanceIndex1CRI1）CRI1對(duì)葉片中的類胡蘿卜素非常敏感，高的CRI1值意味類胡蘿卜素含量相比葉綠素含量多。其計(jì)算公式為：CRI1=（式17）值的范圍是015+,般綠色植被區(qū)的范圍是112。2）類胡蘿卜素反射指數(shù)2（CarotenoidReflectanceIndex2CRI2）CRI2是CRI1的改進(jìn)型，在類胡蘿卜素濃度高時(shí)更加有效，高的CRI2值意味類胡蘿卜素含量相比葉綠素含量多。其計(jì)算

30、公式為：CRI2=（式18）值的范圍是015+，一般綠色植被區(qū)的范圍是111。3）花青素反射指數(shù)1（AnthocyaninReflectanceIndex1ARI1）ARI1對(duì)葉片中的花青素非常敏感，ARI1值越大表明植被冠層增長(zhǎng)或者死亡。其計(jì)算公式為：ARI1=（式19）值的范圍是00.2+，一般綠色植被區(qū)的范圍是0.0010.1。4）花青素反射指數(shù)2（AnthocyaninReflectanceIndex2ARI2）ARI2對(duì)葉片中的花青素非常敏感，ARI2值越大表明植被冠層增長(zhǎng)或者死亡。ARI2是ARI1的改進(jìn)，當(dāng)花青素濃度高時(shí)更加有效。其計(jì)算公式為：臥（六-產(chǎn)）ARI2=（式20）值的

31、范圍是00.2+,般綠色植被區(qū)的范圍是0.0010.1。2.7冠層水分含量CanopyWaterContent（4種）冠層水分含量指數(shù)用于度量植被冠層中水分含量。水分含量是一個(gè)重要的植物指標(biāo)，較高的水含量表明健康植被、生長(zhǎng)快及不易著火。冠層水分含量指數(shù)基于水在近紅外和短波紅外范圍內(nèi)的吸收特征，以及光在近紅外范圍的穿透性,綜合起來(lái)度量總的水柱含量。表6冠層水分含量指數(shù)UBAworn4;MWI-I吃募匕Nfifinale»dDmic«WaitferlAd*is：用賤戰(zhàn)朋存営!冷EEJHffl巴我檔時(shí)啊我伯闿平F二罰吊.軒StnaaiIndui)I*11Nanmifizie#Di

32、fertnoeInfaredIpwdUS41nmAlWUlP弓TQ1）水波段指數(shù)（WaterBandIndexWBI）WBI對(duì)冠層水分狀態(tài)的變化非常敏感，隨著植被冠層水分的增加，970nm附近吸收強(qiáng)度相比900nm處有所增強(qiáng)。應(yīng)用包括冠層脅迫性分析，生產(chǎn)力預(yù)測(cè)與建模，著火威脅條件分析，農(nóng)作物管理，以及生態(tài)系統(tǒng)生理機(jī)能研究。其計(jì)算公式為：WBI=（式21）一般綠色植被區(qū)的范圍是0.81.2。2）歸一化水指數(shù)（NormalizedDifferenceWaterIndexNDWI）NDWI對(duì)冠層水分含量的變化非常敏感，因?yàn)樵?57nm和1241nm具有相似的反射率，但是又不同于液態(tài)水的吸收特性。應(yīng)用

33、于冠層脅迫性分析，在濃密葉型植被的葉面積指數(shù)的研究，植被生產(chǎn)力模型，著火性研究。其計(jì)算公式為：NDWI=（式22）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是-0.10.4。3）水分脅迫指數(shù)（MoistureStressIndexMSI）MSI對(duì)葉片水分含量的增加非常敏感。當(dāng)葉片水分含量的增加，在1599nm處的吸收強(qiáng)度也增加，而在819nm處的吸收強(qiáng)度沒(méi)有影響。應(yīng)用于冠層脅迫性分析，生產(chǎn)力預(yù)測(cè)與建模，著火威脅條件分析，以及生態(tài)系統(tǒng)生理機(jī)能研究。與其他水指數(shù)相反，MSI值越大，水分脅迫性越嚴(yán)重和水分含量越少。其計(jì)算公式為：MSI=（式23）值的范圍是03+，一般綠色植被區(qū)的范圍是0.42。4）歸一

34、化紅外指數(shù)（NormalizedDifferenceInfraredIndexNDII）NDII對(duì)農(nóng)作物冠層的水分含量變化非常敏感，NDII的值越大表示水分含量越多。應(yīng)用于農(nóng)作物管理，森林冠層監(jiān)測(cè)，植被脅迫性探測(cè)。其計(jì)算公式為：NDII（式24）值的范圍是-11,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.020.6。3環(huán)境小衛(wèi)星高光譜成像儀的植被指數(shù)計(jì)算環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座A、B星（HJ-1A/1B星）于2008年9月6日上午11點(diǎn)25分成功發(fā)射，HJ-1-A星搭載了CCD相機(jī)和超光譜成像儀（HSI）,HJ-1-B星搭載了CCD相機(jī)和紅外相機(jī)(IRS)。在HJ-1-A衛(wèi)星裝載有一臺(tái)超光譜成像儀，完成對(duì)

35、地刈寬為50公里、地面像元分辨率為100米、110128個(gè)光譜譜段的推掃成像，回訪周期約為96h。該數(shù)據(jù)可免費(fèi)下載：。ENVI提供植被指數(shù)計(jì)算器，包括了上述27種植被指數(shù)。它可以根據(jù)輸入圖像波段情況，自動(dòng)從27種中列出能計(jì)算的植被指數(shù)。并提供了還提供了生物物理學(xué)交叉檢驗(yàn)功能，能夠提高植被指數(shù)的計(jì)算精度。我們使用的HJ-1-A-HIS數(shù)據(jù)包含115個(gè)波段，波長(zhǎng)覆蓋459.00956.00nm,圖像以HDF5格式儲(chǔ)存,HDF5圖像格式中除了圖像文件外，還包括了中心波長(zhǎng)、定標(biāo)文件、成像參數(shù)等信息。下面我們實(shí)驗(yàn)在ENVI中能計(jì)算幾種植被指數(shù)。直接利用ENVI_HJ1A1B_Tools環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)讀取擴(kuò)展工具讀取HSI數(shù)據(jù)。(擴(kuò)展工具下載地址：http:/bbs.esrichina-(1) 在ENVI主菜單中，選擇SpectralfVegetationAnalysisVegetationIndexCalculator，在數(shù)據(jù)輸入對(duì)話框中選擇HJ-1-A-HSI的反射率數(shù)據(jù)。單擊OK，打開(kāi)VegetationIndicesParameters面板(圖6)。(2) 在VegetationIndicesParameters面板中，“SelectVegetationIndices”列表中顯示這個(gè)數(shù)據(jù)能夠計(jì)算16種