[发明专利]基于高光谱技术的叶面降尘量测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测与评价技术领域，尤其涉及一种基于高光谱技术的叶面降尘量测定方法。

背景技术

沙尘暴是我国北方干旱、半干旱地区一种常见的灾害性天气。沙尘暴爆发时，在空气中产生大量的浮尘，浮尘经沉降后在植物叶片表面形成明显的降尘，通常称之为叶面降尘，叶面降尘量是反映沙尘暴强度的一个重要指标，也是衡量一个地区空气质量好坏、生态环境质量优劣的一个主要因子,同时还是一个沙尘暴灾害强度的指示因子。有研究表明叶面降尘对植物的生长发育有明显的危害作用，同时也有学者指出叶面降尘能影响植物叶片的组织结构，造成叶片栅栏组织呈现不规则排列。因此，通过测定叶面降尘量能有效反映出该地区环境质量的优劣，也可以为沙尘暴对植物的危害程度监测与评估提供基础数据与评价依据。

如何对沙尘爆发区的沙尘暴强度进行大面积、快速、准确的监测，从而为沙尘暴的灾害评估、环境质量的监测及评价提供基础数据和评价依据，一直是一个难点，也是目前众多学者的研究热点。传统的沙尘暴地面监测方法，由于制约因素诸多，无法有效地刻画沙尘暴的动态过程。随着遥感技术的出现与发展，为沙尘暴的监测提供了一种新的先进手段。关于沙尘暴遥感监测的研究，最早始于20世纪70年代。Shenk等利用可见光或红外通道数据研究了水面和陆面上空沙尘暴的监测方法；Griggs利用ERTS-1的可见光数据研究了水面上空大气悬浮颗粒光学厚度的测量方法；Carlson利用卫星观测的亮度资料确定了撒哈拉地区沙尘的爆发及其相应的大气扰动。但20世纪90年代以前的沙尘暴研究工作仅局限于单通道信息的处理和分析。近年来，已经发展为多通道遥感数据监测，甚至多源遥感数据融合监测。郑新江等人利用气象卫星多通道信息监测沙尘暴。罗敬宁等利用NOAA KLM和FY-1C/D卫星遥感数据对沙尘暴强度监测进行了研究。肖继东等利用EOS/MODIS数据，构建了提取沙尘暴区域范围和强度等级信息的沙尘暴卫星遥感监测指数。海全胜等针对MODI数据建立了一个稳定判识沙尘强度的沙尘指数模型。前人众多的对沙尘暴遥感监测的研究结果，为后续的进一步深入研究提供了很好的借鉴并奠定了基础.

虽然已有大量的关于沙尘暴遥感监测的报道，但大多数的研究都集中于对沙尘暴爆发过程的遥感监测，如沙尘暴的起源、扩散及沉降过程等，而针对于沙尘暴沉降后对沉降区环境、植被等危害的定量监测方面的研究甚少。另外，当前沙尘暴强度监测的主要指标为光学厚度，该指标虽然能有效的反映出大气中浮尘的数量，而大气浮尘具有明显的移动性和扩散性，因此无法反映出沙尘暴对其影响区域的实际危害程度，但叶面降尘量这个指标可以真实有效的反映出沙尘暴在该区域的影响强度和实际危害程度。最后，关于高光谱遥感在该方面应用的报道鲜见。

鉴于以上原因，本发明以沙尘暴频发且强度大的南疆为研究区域，以地面遥感获取的高光谱数据和室内测定的叶面降尘量数据为基础，探讨叶面降尘量高光谱遥感定量监测的可行性，为高光谱遥感在沙尘暴监测方面的应用提供理论依据和技术支持，最终为沙尘暴的灾害评估和环境监测及评价提供新的思路与方法。

发明内容

本发明是为了解决现有针对于沙尘暴沉降后对沉降区环境、植被等危害的定量监测方面的研究方法无法反映出沙尘暴对其影响区域的影响强度和实际危害程度等问题而提出一种通过测定叶面降尘量来真实有效的反映出沙尘暴在该区域的影响强度和实际危害程度的基于高光谱技术的叶面降尘量测定方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的基于高光谱技术的叶面降尘量测定方法，其包括以下步骤：

（1）试验材料的选择及采集

先选择降尘区具有较强滞尘能力的树种，接着对每棵树种采集3～5片健康、无病斑和虫害并具有一定叶面降尘的叶片；

（2）光谱测试与处理

先将上述步骤（1）中的叶片放于黑色棉布上，再将光谱辐射仪的探头保持垂直向下并距离叶片一定距离，然后在每个叶片上采集5个不同部位样点分别进行光谱测定，最后以5个样点测定的平均值作为该叶片的光谱反射率；

（3）叶面降尘量测定

先将测完光谱的叶片剪除叶柄并测定其叶面积，测完叶面积后，放入预热至105℃杀青30分钟，然后在80℃下烘干至恒重并进行第一次称重，接着将第一次称重后的叶片放入蒸馏水中浸泡20～30分钟,待叶片变软后，用软毛刷将其正面的降尘洗净，经蒸馏水冲洗后，再次于80℃烘干至恒重，进行第二次称重；

（4）叶面降尘的去除