基于高光谱技术的大型沉水植物遥感监测与信息反演

通过遥感手段监测和分析沉水植物的分布动态与生长情况，是近20年来水生植物工作者一直追求的目标之一。机载和星载高光谱成像仪从两个技术层面为遥感监测沉水植物提供了新的契机。本研究选择我国常见的大型沉水植物为研究对象，从地物光谱和高光谱图像两个层面，通过人工控制实验和野外现场实测，研究水体环境对沉水植物光谱特征的影响；建立优化的沉水植物生物物理参量与光谱反射率的函数模型，反演典型区域内的大型沉水植物生物物理参量，筛选最佳的沉水植物信息反演技术；解译和分类典型区域内沉水植物的分布和种类组成，发展大型沉水植物高光谱遥感分类模式，建立我国常见大型沉水植物光谱数据库，为水生植被资源的调查研究、开发保护、水体环境生态修复提供可借鉴的科学依据，为大尺度、快速、动态和综合遥感监测沉水植物的时空变化提供技术支撑。

通过遥感手段监测和分析沉水植物的分布动态与生长情况，是近20年来水生植物工作者一直追求的目标之一。本研究选择我国常见的大型沉水植物为研究对象，通过人工控制实验和在上海市淀山湖区野外现场实测，筛选出能够有效区别不同种类水生植物（挺水植物、浮水植物和沉水植物）的特征性波段为绿光波段、近红外波段和中红外波段，光谱指数NGP是识别不同种类挺水植物、浮水植物和沉水植物最敏感的光谱指数，并基于此构建了基于高光谱的水生植物遥感分类模式。通过人工控制实验和野外现场实测，研究冠层水深、水体叶绿素浓度、悬浮物浓度、透明度等多个环境因子和群落盖度这一生物物理因子对沉水植物群落光谱特征的影响，发现群落盖度和冠层在水下深度是对沉水植物群落反射光谱贡献最为主导的因子。盖度与沉水植物群落反射光谱呈正相关，冠层水深与沉水植物群落反射光谱呈负相关。基于沉水植物盖度、冠层水深和群落光谱反射率之间在700-900nm呈显著相关的结果，建立经水体参数修正的沉水植物盖度反演优化模型，并将该模型与同时期淀山湖区Worldview2遥感影像结合，在解译和分类研究区内沉水植物分布和种类组成的基础上，反演典型区域内的大型沉水植物的盖度，精度达到80%以上。该技术体系从地物光谱和遥感图像两个层面，为水生植被资源的调查研究、开发保护、水体环境生态修复提供可借鉴的科学依据，为大尺度、快速、动态和综合遥感监测沉水植物的时空变化提供技术支撑。