[转载]读书笔记之二十：反映作物生长状况的遥感指数

同的遥感指数可以从不同的角度反映作物的生长状况、生长态势及生长环境的信息。

归一化植被指数（NDVI），叶面积指数（LAI），净初级生产力（NPP），温度状态指数(TCI)、植被状态指数(VCI)和归一化缺水指数(NDWI)。

1)NDVI

归一化植被指数定义为近红外波段（NIR）与可见光红波段（RED）数值之差和这两个波段数值之和的比值，即

NDVI = （NIR - RED）/（NIR + RED）

NDVI指数与植被指数覆盖度有很大关系。当植被覆盖度小于15%时，植被的NDVI值变化率不大，当植被覆盖为25%~80%时，NDVI随植被覆盖度增加呈线性增长；当植被覆盖度大于80%时，检测的灵敏度下降。

2)TCI

温度条件指数（TCI）用以反映地表温度状况，定义为当前的地表温度与多年来同一时间段地表温度最大与最小值比率。

当有旱情发生时，地表有蒸腾蒸散增大的趋势，但是没有足够的水分用来完成蒸腾蒸散作用，冠层或裸土的温度会有不同程度的增加。

TCI _j = （T_max – Ts_j）/（T_max – T_min）× 100%

式中，TCI _j表示日期j的温度条件指数；Ts_j为日期为j的地表温度；T_max为数据集中所有图像的最大地表温度；T_min为数据集中所有图像的最小地表温度。

TCI 已经广泛应用于旱情反演和旱情监测，可利用植被状况指数VCI和温度状况指数TCI，建立产量回归模型，作为生物量估计的一个指标，进行估产。

3）VCI

“植被状态指数”，作为植被监测、干旱监测、产量预测的一个指标。

植被条件指数（VCI）用以反应植被健康程度，定义为当前的NDVI与多年来同一时间段NDVI最大与最小值比率，用以反映在相同生理期内植被的生长状况。

当有旱情发生时，植被受水分胁迫，植被的NDVI值有不同程度的减少，因此可以用VCI来反映土壤水分状况。由于水分在大气——植被——土壤循环中，植被在生理过程中对水分胁迫相对土壤有一定的滞后。

VCI的计算公式：   

式中，VCI_j是j时的植被状态指数；NDVI_j是j时的NDVI值；NDVI_max是所有图像中最大的NDVI值，NDVI_min是所有图像中最小的NDVI值。

VCI_j是NDVI在j时的相对于最大NDVI的比例。

VCI可以认为是在特定地区与植被状况密切相关的。VCI与作物长势有着很好的关系，并能将最终的结果反映在单产上。

4）NDWI

根据水体在绿波段和近红外的显著反射差异，能提取水体信息。

NDWI为0.86μm反射率与1.24μm反射率之差除以二者之和。

这两个波段均位于植被冠层的高反射区，他们感知植被冠层深度相似。

在0.86μm，植被液态水的吸收可以忽略不计，在1.24μm有水的弱吸收。散步的冠层增强了水的吸收。从而NDWI可以很灵敏的反映植被冠层水的含量。

大气气溶胶的散射作用在0.86~1.24μm区是很弱的，NDWI对大气的敏感度比NDVI低；与NDVI一样，NDWI并没有完成去除土壤背景的反射作用影响。

 

绿色植物的反射光谱的光谱特征在0.9~2.5μm区域是由液态水吸收控制的，同时也受一些其他的生物化学成分吸收的微弱影响。1.55~1.75μm光谱段是0.7~2.5μm之间监测植被水状态最好的波段。

一些经验研究表明，当叶子水含量减少时，TM的波段5上的一些特定类型的植被的反射率增加。

NDWI计算公式：

   

式中，ρ（λ）是反射率，λ是波长。

5）LAI

叶面积指数为单位面积中所表现出的最大叶面积。作物的叶面积指数能提供作物生长的冬天信息，作物的LAI还与作物的生物量和产量直接相关。

6）NPP

净初级生产力（NPP）是生物地球化学碳循环的关键环节，反映植物对自然环境资源的利用能力。定义为绿色植物在单位时间和单位面积上所能生产的有机干物质总量。

NPP的时空变化，主要取决于植被、土壤和气候之间的复杂相互作用，并受人类活动和全球环境变化的强烈影响。

作物净初级生产力直接反映作物在温度、降水、湿度和辐射等环境因子的影响下进行光合作用的能力。作物净初级生产力从作物生产能力的角度出发，有着其他参数所不具备的优点。