遥感在土壤碳储量估算中的应用.ppt

1 * 遥感在土壤碳储量估算中的应用 引言 精准农业(Precision Agriculture )是当今世界农业发展的趋势，是由信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。随着精准农业的发展迫切要求遥感技术能够为其提供快速、准确的地表信息，如土壤水分含量、有机质、氮和磷含量、质地特性等。因此发展支持“精准农作”土壤参数快速测量技术是当今农业科技创新的一个热点。 土壤碳库是陆地生态系统碳库的主体，在全球碳平衡中具有重要作用。土壤有机碳库的微小变化，可能通过向大气释放碳素导致大气CO2等温室气体的不断增加，从而使全球气温升高速率加快。如何利用遥感数据和技术精确估算土壤碳的变化，分析陆地土壤碳储量的空间格局及其变异性，从而为预测未来陆地生态系统碳固定能力提供理论依据，具有重要的理论意义和实际应用意义。 精准农业—3S集成 精准农业 = RS + GPS + GIS + 精准农业机械 差分G P S 播 种 灌 溉 施 肥 撒 药 收 获 数据库:空间属性 知识库：模型 方法库：数学算法 专家系统 决策系统 传感遥测 遥感技术 遥感技术是根据电磁波的理论，应用各种传感器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测识别的一种综合技术。 任何物体都具有光谱特性。具体地说，不同地物具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。 遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底生物群落。 地物光谱曲线 遥感技术应用 一、获取地理数据 遥感技术应用 二、获取地球资源信息 遥感技术应用 三、应急灾害 遥感估算土壤碳储量的可行性 遥感(Remote Sensing)被作为一门新兴的综合性探测技术科学,建立在现代物理学、空间科学、电子计算机技术、数学和地球科学理论的基础上,己在地理学、地质学、生态学、环境科学、大气科学和海洋学等学科领域得到了广泛的应用。在地球上进行资源和环境调查时,依靠传统的地面调查非常困难。而遥感可以在短时间内对同一地区进行重复探测,获取大面积同步观测数据,并且不受地形阻隔等限制,因而能够研究地球表面不同周期的动态变化。 遥感估算土壤碳储量的可行性 从20世纪70年代早期美国陆地卫星Landsat数据的使用开始，各种传感器的卫星多光谱测量开始广泛应用于土壤调查中，各种传感器的卫星多光谱测量，即TM(Thematic Mappe) 、SPOT多线列(MLA )、全色线列(PLA )、印度遥感卫星(IRS) 线性成像自扫描传感器(LISS-l, -II和-III)、广域传感器(W iFS) 和全色PAN传感器开始广泛应用于土壤调查中。 常用遥感方法 一、遥感影像直接估算法 二、植被指数法 三、光谱测定分析法 一、遥感影像直接估算法 土壤表层有机碳含量是土壤制图、土壤特性解译和进行农业施肥的一个重要土壤属性,因而利用遥感影像如何直接获取土壤有机质含量成为当前土壤学研究的一个热点。为了确定能否利用航空遥感影像数据测量裸露地表的土壤有机碳含量, Chen等通过分析地表土壤有机碳含量与蓝、绿、红波段的图像亮度值之间的统计关系，建立了一个对数方程预测地表有机碳含量: 公式中R、G、B分别表示红、绿、蓝波段的图像亮度值。研究结果显示,裸露地表的高分辨率遥感影像能够定量化分析土壤表层有机碳含量的空间变异性。但是该方法也存在两点局限性:一是由于其它土壤特性(例如铁含量的存在)产生一些“噪音”;二是该方法只能应用于地表裸露的土壤，进一步的研究需要考虑更多的非可见光波段的使用。 1.利用彩色航空、航天影像和光谱值来估算土壤有机质的研究。Frazier和Cheng使用Landsat—TM波段率制作有机质含量图, 发现TM1、3 、4 和5波段是最重要的。Frazier和Jarvis评价了测量的土壤属性与观测的TM反射数据之间的联系。利用Landsat—TM测量而估计的土壤表面反射性对于估算裸露土壤表层有机碳是潜在的精确和有效的方法。 2.利用遥感影像获取土地覆被面积的变化。Wang等利用不同土地覆被类型的植被碳密度, 分析了土地覆被变化及其对陆地碳循环的影响,但由于缺