植被光譜分析與植被指數(shù)計算解讀

1、植被光譜分析與植被指數(shù)計算在遙感中，常常結合不同波長范圍的反射率來增強植被特征，如植被指數(shù)（vegetationindicesVI）的計算，植被指數(shù)（VI）是兩個或多個波長范圍內的地物反射率組合運算，以增強植被某一特性或者細節(jié)。目前，在科學文獻中發(fā)布了超過150種植被指數(shù)模型，這些植被指數(shù)中只有極少數(shù)是經過系統(tǒng)的實踐檢驗。本文總結現(xiàn)有植被指數(shù)，根據對植被波譜特征產生重要影響的主要化學成份：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），總結了7大類實用性較強的植被指數(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)可以簡單度量綠色植被的數(shù)量和生長狀況、葉綠素含量、葉子表面冠層、葉聚叢、冠層結構、植被在光合作用中對入射光的利用效率、測量植被冠層中氮的相對含量、估算纖維素和木質素干燥狀態(tài)的碳含量、度量植被中與脅迫性相關的色素、植被冠層中水分含量等。包括以下內容：植被光譜特征植被指數(shù)HJ-1-HSI植被指數(shù)計算1.植被光譜特征植被跟太陽輻射的相互關系有別于其他物質，如裸土、水體等，比如植被的“紅邊”現(xiàn)象，即在v700nm附近強吸收，700nm高反射。很多因素影響植被對太陽輻射的吸收和反射，包括波長、水分含量、色素、養(yǎng)分、碳等。研究植被的波長范圍一般為400nmto2500nm，這也是傳感器設計選擇的波長

3、范圍。這個波長范圍可范圍以下四個部分：可見光（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的過渡區(qū)（1400nm附近）是大氣水的強吸收范圍，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的過渡區(qū)（1900nm附近）也是大氣水的強吸收范圍。植被可分為三個部分組成：植物葉片（PlantFoliage）植

4、被冠層（PlantCanopies）非光合作用植被（Non-PhotosyntheticVegetation）這三個部分是植被分析的基礎，下面對他們詳細介紹。1.1 植物葉片（PlantFoliage）植物葉片包括葉、葉柄以及其他綠色物質，不同種類的葉片具有不同的形狀和化學成份。對波譜特征產生重要影響的主要化學成份包括：色素（Pigments）、水分（Water）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen），這也是遙感反演的基礎，如用植被指數(shù)來估算葉子的化學成份。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，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。葉色素只影響可見光部分（400nm700nm），圖1為幾種葉色素在可見光范圍的相對光譜吸收特征。003QO20.01400450500Wavelengthcnm)ow650圖1部分葉色素的相對光譜吸收特征水分（Water）葉子的幾何特性、冠層結構和對水的需求影響植被的水分含量。水分對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，但是傳感器一般會避開這兩個波段范圍。在970nm和1190nm附近也有強吸收特征，可利用這兩個波段范圍監(jiān)測植被水分。碳（Carbon）植物中的碳是

6、以很多形式存在，包括糖，淀粉，纖維素和木質素等。纖維素和木質素的吸收特征表現(xiàn)在短波光譜范圍內容（圖3）。圖2葉片水和碳（纖維素和木質素）相對光譜吸收特征氮（Nitrogen）葉子中的氮元素一般包含在葉綠素、蛋白質以及其他分子中。植被指數(shù)（VI）對包含在葉綠素中的氮元素很敏感（大約含6%氮）。包含在蛋白質中的氮元素在1500nm1720nm范圍內對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，在可見光譜段內，主要太陽輻射的吸收來自葉綠素、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，主要太陽輻射的吸收來自水分，形成970nm和

7、1190nm兩個水吸收帶；在短波紅外譜段內，除了水分，各種形式存在的碳和氮也對太陽輻射的吸收有一定的貢獻，形成1400nm和1900nm吸收谷。圖3是葉片反射率與透射光譜（TransmittanceSpectra）對比例子，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系也不一樣。VISNIRSVUIR1SWIR2Ipfr:代號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植被冠層光譜特征是重要的，此外，葉子數(shù)量和冠層結構對植被

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、或農業(yè)用地等都具有不同的反射特性，雖然它們單個葉子很類似。有很多植被模型用于描述冠層光譜特征。兩個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表示冠層中的每個葉片角度與水平方向的差值的平均值。圖4表示LAI和LAD對植被冠層的影響效果，MLA近似LAD。在近紅外譜段內，植被強反射太陽輻射，植被冠層在可見光和SWIR-2是強吸收。使用可見光和SWIR-2的植被指數(shù)對上層林冠非常敏感。0圖4L

9、AI(A)和MLA(B)的增減對植被冠層的影響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(簡稱NPV)。NPV的冠層也具有木本森林結構，如樹干，莖，和樹枝等。NPV主要包含碳元素，以淀粉，纖維素和木質素形式存在，NPV的光譜特征主要受這些物質支配。在短波紅外內的波動比較大，與綠色植被相反，SWIR-1和SWIR-2范圍內散射占主導。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）是兩個或多個波長范圍內的地物反射率組合運算，以增強植被某一特性或者細節(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)據中計算。未經過大氣校正的輻射亮度或者無量綱的DN值數(shù)據不適合計算植被指數(shù)。下面是7大類27種植被指數(shù)的說明，這些植被指數(shù)都是經過嚴格生物條件下測試的。2.1寬帶綠度BroadbandGreenness（5種）寬帶綠度指數(shù)可以簡單度量綠色植被的數(shù)量和生長狀況，它對植物的葉綠素含量、葉子表面冠層、

11、冠層結構比較敏感，這些都是植被光合作用的主要物質，與光合有效輻射（fAPAR）也有關系。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估，植被生產力建模等。寬帶綠度指數(shù)選擇的波段范圍在可見光和近紅外，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：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坤腫片也的側一n：iCtf4#St曲IB攔時的熬時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，即植被茂密時其靈敏度會降低。其計算公式為：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，即植被茂密時其靈敏度會降低。其計算公式為：SR=（式2）值的范圍是030+,般綠色植被區(qū)的范圍是28。3）增強植被指數(shù)（EnhancedVegetationIndexEVI）EVI通過加入藍色波段以增強植被信號，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，它使用藍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)是用于探測綠色植被變化最簡單的植被指數(shù)。由于在可見光范圍內，綠色植被對光強吸收，SG指數(shù)對稀疏植被的小變化非常敏感。SG指數(shù)是500nm600nm范圍內平均波譜反射率?？偤妥詈髸晦D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)對葉綠素含量、葉子表面冠層、葉聚叢、冠層結構非常敏感。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IE卵林時ipI陽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也址段的曲進空ndvi出用&.iS&rttiBTJtH«-怪捕色隹近"ftfeLSlWStt址Iilla-Rdil-h-IE舲過農阿思帥咀性和11疋過直h4!hl創(chuàng)過時狀擅示極也助逬件寶P社*fifL巒U遠兄梓曲社M咗鉤-時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的改進型，它對葉冠層的微小變化、林窗片斷和衰老非常靈敏。它可用于精細農業(yè)、森林監(jiān)測、植被脅迫性探測等。其計算公式為78：Pg。旳50斗內（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）改進紅邊比值植被指數(shù)（ModifiedRedEdgeSimpleRatioIndexmSR705）mSR705改正了葉片的鏡面反射效應，可它可用于精細農業(yè)、森林監(jiān)測、植被脅迫性探測等。其計算公式為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) 改進紅邊歸一化植被指數(shù)(ModifiedRedEdgeNormalizedDifferenceVegetationIndexmNDVI705)mNDVI705是NDVI705的改進型，它考慮了葉片的鏡面反射效應。它對葉冠層的微小變化、林窗片斷和衰老非常靈敏。它可用于精細農業(yè)、森林監(jiān)測、植被脅迫性探測等。其計算公式為：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)對葉綠素濃度、

19、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。它可應用于植物物候變化研究、精細農業(yè)和植被生產力建模。其計算公式為：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)對葉綠素濃度、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。它可應用于植物物候變化研究、精細農業(yè)和植被生產力建模。其計算公式為：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)對葉綠素濃度、葉冠層和水分含量的綜合非常敏感。

20、它可應用于植物物候變化研究、精細農業(yè)和植被生產力建模。其計算公式為：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波段方向移動非常敏感。紅邊位置在690nm740nm范圍內急劇傾斜波長范圍，一般植被在700nm730nm。REP指數(shù)的結果輸出是在0.69微米0.74微米光譜范圍內，植被紅邊區(qū)域內的反射率的最大導數(shù)的波長。常用于農作物監(jiān)測和估產，生態(tài)系統(tǒng)干擾探測，光合作用模型，和由氣候或其他因素產生的冠層脅迫性。2.3 光利用率

21、LightUseEfficiency（3種）光利用率指數(shù)是用來度量植被在光合作用中對入射光的利用效率。光的利用效率直接與碳吸收效率、植被生長速度和光合有效輻射（fAPAR）有很大的關系。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期總林尅攔特購和叫片色冨金植用札卩5目1+日570Pmoo+p日mo1）光化學植被指數(shù)（PhotochemicalReflectanceIndexPRI）PRI對活植物的類胡蘿卜素（尤其黃色色素）變化

22、非常敏感，類胡蘿卜素可標識光合作用光的利用率，或者碳吸收效率。可用于研究植被生產力和脅迫性，常綠灌木植被的健康，森林以及農作物的衰老。其計算公式為：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）結構不敏感色素指數(shù)（StructureInsensitivePigmentIndexSIPI）SIPI用來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構（如葉面積指數(shù)）減少時的敏感度，SIPI的增加標識冠層脅迫性的增加?？捎糜谥脖唤】当O(jiān)測、植物生理脅迫性檢測和作物生產和產量分析。其計算公式為：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表達式。可估算植被冠層發(fā)展過程，它還是葉片生產力與脅迫性的指示器，甚至可標識一些冠層的開花。應用于植物生長周期（物候）研究，冠層脅迫性檢測和作物估產。RG比值指數(shù)結果輸出是紅色范圍內所有波段均值除以與綠色范圍內所有波段均值。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速度較快，冠層氮指數(shù)使用短波紅外測量植被冠層

24、中氮的相對含量。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。結合葉片氮含量和冠層葉生物量在1520nm范圍內預測葉片氮的含量，在1680nm波長范圍作為參考反射率，冠層葉生物量這個波長范圍具有與1520nm波長范圍類似的反射特性，而且1680nm波長范圍內沒有氮吸收影響。NDNI在植被還是綠色以及覆蓋濃密時候，對氮含量的變化非常敏感，它用于精細農業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)分析和森林管理。其計算公式為：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)是用來估算纖維素和木質素干燥狀態(tài)的碳含量。干碳分子大量存在于木質材料和衰老、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素在短波紅外波段吸收特性而計算。表4干旱或碳衰減指數(shù)IIf片-訃去七:薊NenrialE«dDccbeninIntiEF1廉嚴生的水醴事ahiiMifl機恥稅折聯(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）歸一化木質素指數(shù)（NormalizedDifferenceLigninIndexNDLI）NDLI是用來估算植被冠層木質素的相對含量，應用生態(tài)系統(tǒng)分析和檢測森林的枯枝落葉層。其計算公式為：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范圍內吸收特征非常敏感。應用于農作物殘留監(jiān)測，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的增加預示冠層脅迫性的增加、植被衰老的開始和植物果實的成熟?？捎糜谥脖唤】当O(jiān)測、植物生理脅迫性檢測和作物生產和產量分析。其計算公式為：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、被中與脅迫性相關的色素。脅迫性相關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)應用于農作物監(jiān)測、生態(tài)系統(tǒng)研究、冠層脅迫性分析和精細農業(yè)。葉色素指數(shù)要求反射率數(shù)據范圍在01。表5葉色素指數(shù)IWii卜AM啪hgrrt"耳Hg乳的加h-也:'；©；小|-仙；"“丄報膻IM*優(yōu)叮、:卜*：也11h：；R-rfleEiRnteIndex4»Ni«EftRA球也倉段和耳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的改進型，在類胡蘿卜素濃度高時更加有效，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對葉片中的花青素非常敏感，ARI1值越大表明植被冠層增長或者死亡。其計算公式為：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對葉片中的花青素非常敏感，ARI2值越大表明植被冠層增長或者死亡。ARI2是ARI1的改進，當花青素濃度高時更加有效。其計算公式為：臥（六-產）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。水分含量是一個重要的植物指標，較高的水含量表明健康植被、生長快及不易著火。冠層水分含量指數(shù)基于水在近紅外和短波紅外范圍內的吸收特征，以及光在近紅外范圍的穿透性,綜合起來度量總的水柱含量。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附近吸收強度相比900nm處有所增強。應用包括冠層脅迫性分析，生產力預測與建模，著火威脅條件分析，農作物管理，以及生態(tài)系統(tǒng)生理機能研究。其計算公式為：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對冠層水分含量的變化非常敏感，因為在857nm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，植被生產力模型，著火性研究。其計算公式為：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對葉片水分含量的增加非常敏感。當葉片水分含量的增加，在1599nm處的吸收強度也增加，而在819nm處的吸收強度沒有影響。應用于冠層脅迫性分析，生產力預測與建模，著火威脅條件分析，以及生態(tài)系統(tǒng)生理機能研究。與其他水指數(shù)相反，MSI值越大，水分脅迫性越嚴重和水分含量越少。其計算公式為：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對農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。應用于農作物管理，森林冠層監(jiān)測，植被脅迫性探測。其計算公式為：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)計算環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座A、B星（HJ-1A/1B星）于2008年9月6日上午11點25分成功發(fā)射，HJ-1-A星搭載了CCD相機和超光譜成像儀（HSI）,HJ-1-B星搭載了CCD相機和紅外相機(IRS)。在HJ-1-A衛(wèi)星裝載有一臺超光譜成像儀，完成對

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