科研成果快報:高光譜雷射雷達及其導出的光譜指數在葉片氮含量分析中的應用

氮含量是植被光合作用以及生態系統生產力所必備的元素。除大部分的氮元素組成植被葉片的主要器官外，有5-10%的氮含量存在於葉片的葉綠素當中。所以葉綠素是植被健康狀態和氮消耗能力的主要指針。由此也說明葉片氮含量（LNC）可以有效地應用於植被冠層光能利用率和光合作用活動的分析。

現有的利用遙感手段對LNC的分析主要依賴於高光譜數據，這些高光譜數據通常包含於幾千個探測波段，含有豐富的與植被生物物理特性相關的信息，但也就為遙感應用帶來信息冗餘的問題。一些高光譜光譜儀，比如MODIS，AVHRR可以通過減少有效地減輕這個問題。除此優點之外，一些主動遙感手段，例如高光譜雷射雷達（HSL）還可以探測植被的冠層結構，因此，近些年許多研究者開始將HSL系統應用到植被探測當中。

高光譜雷射雷達擁有數十個通道，採集到的反射光譜可以構建出類似於高光譜遙感數據的植被指數，用於分析植被的LNC。最常用的就是歸一化植被指數（NDVI）和簡單比值指數（RI）。但是，這些指數大多只有2-3個波長，所含有用信息有限，當其應用於不同生長時期、地點以及耕種方式時的新環境時有點水土不服。因此，一些研究者提出了積分指數的概念：綜合更多的敏感波長以增加指數的適用性，其中NAOC和RII就是典型的兩種。這兩種指數的數值取決於積分的上下限（a，b），而決定a、b的方式在本文中主要使用一種基於權重的波段選擇算法。在此基礎上，構建區別於NDVI和RI的HSL積分指數用於分析水稻的LNC。

鑑於此，本研究在高光譜遙感植被應用的基礎上，利用HSL探測得到的反射光譜構建出HSL-NDVI /RI，隨後計算基於HSL的積分指數，最後將這些指數應用於水稻LNC分析的結果與只使用HSL反射光譜數據進行對比，來評價HSL導出光譜指數及其反射光譜在LNC反演中的表現。