植被的光谱特性

传统的宽波段的遥感数据对于植被的研究仅限于一般性的红光吸收特征和近红外的反射特征，以及中红外的水吸收特征。由于受波段宽度和波段数的限制，往往对土地覆盖类型不敏感,对植被长势等反映不理想。高光谱遥感通过对不同类型植被的生物物理化学成分含量的估算可以获得较为详细的植被生态学信息，尤其对“红边”位移监测可获得有关植被环境胁迫的信息。

绿色植物具有明显的光谱反射特征,不同于土壤、水体和其他典型地物。植被对电磁波的响应,即植被的光谱反射或发射特性是由其化学和形态学特征决定的,这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关

在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素,其中叶绿素所起的作用最重要。在中心波长分别为0.45 μm(蓝色)和0.65 μm(红色)的两个谱带内,叶绿素吸收大部分的人射能量，在这两个叶绿素吸收带之间,由于吸收作用较小,在0. 54 μm(绿色)附近形成一个反射峰,因此很多植物在我们的眼睛看来是绿色的，当植物患病时，叶绿素吸收带强度会减弱，同时反射率变大,特别是红色波长区域，所以患病植物看上去总是呈淡黄色或“缺绿病”色。在可见光波段内，叶红素和叶黄素(两种黄颜色的色素)以及花青苷(红颜色的色素)对植被的光谱特性影响也很大。叶红素和叶黄素在0.45，um(蓝色)附近有一个吸收带,但是由于叶绿素的吸收带也在该区域内,因此两种黄色色素的吸收总是被叶绿素的吸收所掩盖。但是当植物衰老时，由于叶绿素的消失,叶红素和叶黄素在叶子的光谱响应中起主导作用,这就是秋季植物叶子变黄的主要原因。在秋季,有些树木的叶子会呈现红色,是因为在叶绿素减少时，花青苷色素大量增加的缘故。

在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。 健康绿色植物在近红外波段的光谱特征是反射率高(45% ～50%)，透过率高(45% ～ 50% )，吸收率低( <5% )。在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76 μm附近，反射率急剧上升，形成所谓“红边”，这是植物曲线最明显的特征，也是地球植被遥感关注的一个焦点。许多种类的植物在可见光波段光谱特征差异很小，但近红外波段的反射率差异却比较明显。同时有一点很重要，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率(高达85% ),这是附加反射率贡献的结果，因为辐射能量透过第一层(最上层)的叶子后,将被第二层的叶子反射，第二层叶子的反射辐射能量又透过第一层叶子 ,结果增强了第一层叶子的反射能量。

在光谱的中红外波段，绿色植物的光谱响应主要被1.4 um,1.9 μm和2. 7 μm附近的水的强吸收带所支配。2.7 μm处的吸收带是一个主要的吸收带,它表示水分子的基本振动吸收带(严格地讲,这个吸收带实际上是2.66 μm和2.73 μm处两个水的基本振动吸收带的合频吸收带)。1.9 μm,1.4 μm,1.1 μm和0.96 μm处的水吸收带均为倍频和合频带,故强度比水的基本吸收带弱,而且强度是顺序减弱的。1.4 μm和1.9 μm处的这两个吸收带是影响叶子中红外波段光谱响应的主要谱带。1.1 μm和0.96 μm处的水的吸收带对叶子的反射率影响也很大，特别是在多层叶片的情况下。研究表明，植物对入射阳光中的中红外波段能量的吸收程度是叶子中总水分含量的函数，即是叶子水分百分含量和叶子厚度的函数。随着叶子水分减少，植物中红外波段的反射率明显增大。