基于机理模型不同时期冬小麦LAI及生理生化参数的反演研究

【作者】 周凯； 朱艳； 姚霞； 曹卫星； 田永超；

【机构】 南京农业大学国家信息农业工程技术中心；

【摘要】 叶面积指数(LAI)、叶绿素含量、干物质含量、水分含量是描述作物生长状况的重要参数,LAI及生理生化参数的实时动态监测对冬小麦生长诊断和管理调控具有重要意义。为分析在不同生育期内不同尺度下基于不同机理模型估算冬小麦LAI及生理生化参数的反演误差,本研究基于各生育期内研究区冬小麦5个生育期地面高光谱数据及对应区域的HJ-CCD多光谱遥感影像分别利用两种机理模型(4SAIL-RowCrop模型和4SAIL模型)进行LAI及生理生化参数的反演。研究发现:总体上在生育前期(拔节前期、拔节期)基于PROSPECT+4SAIL-RowCrop模型的反演效果均优于PROSPECT+4SAIL模型,而在生育中后期(孕穗期、抽穗期、灌浆期)两者的反演效果趋于一致;在叶片尺度上,总体上叶绿素含量的反演精度均最高,水分含量次之,而干物质含量的反演精度最低,此外TOLMIN法反演效果优于其他算法并且其运算效率较高;在冠层尺度,总体上叶面积指数的反演精度最高,冠层叶绿素含量、冠层水分含量、冠层干物质含量的反演精度依次递减,全生育期内各类冠层参数基于PROSPECT+4SAIL-RowCrop模型的反演均值与实测值的相关系数值分别为0.889、0.850、0.760、0.747,RMSE值分别为0.35 m~2/m~2、0.17 g/m~2、85.13 g/m~2、35.05g/m~2,RE值分别为12.3%、13.1%、16.3%、27.0%,此外总体上冠层生理生化参数的反演效果均优于叶片尺度;在区域尺度,总体上冠层叶面积指数与冠层叶绿素含量反演的结果都较好,而冠层叶面积指数的反演精度略高于冠层叶绿素含量,基于PROSAIL+4SAIL-RowCrop模型全生育期反演LAI值、冠层叶绿素含量与实测值的回归R~2分别为0.895、0.841,RMSE值分别为0.517m~2/m~2、0.322g/m~2。因此,基于机理模型的反演结果可以有效的评价冬小麦的生长状况,相对于PROSEPCT+4SAIL模型,利用PROSPECT+4SAIL-RowCrop模型可以对生育前期的冬小麦LAI及生理生化参数进行更可靠的监测。更多还原