賀 佳 郭 燕 張 彥 楊秀忠 劉 婷 王來剛

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所,鄭州 450002；2.農(nóng)作物種植監(jiān)測與預(yù)警河南省工程實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002)

0 引言

光合有效輻射吸收比率(Fraction of absorbed photosynthetically active radiation，F(xiàn)PAR)是植被冠層綠色部分吸收的光合有效輻射(Photosynthetically active radiation，PAR)占到達(dá)冠層頂部PAR的比例，一般定義為植被對波長在400～700 nm間太陽輻射能量的吸收比率，是直接反映植被冠層對光能截獲能力與吸收能力的重要參數(shù)，是聯(lián)合國全球氣候觀測系統(tǒng)認(rèn)定的反映全球氣候變化的50個關(guān)鍵參量之一[1-3]。

FPAR估算主要包括物理模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢煞N方法。物理模型法主要是通過植被冠層結(jié)構(gòu)或輻射傳輸模型模擬太陽光經(jīng)過植被冠層的散射、反射過程來獲取FPAR。如文獻(xiàn)[4-5]將MODIS地表反射率與混合模型反演的LAI數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)計了基于多源遙感數(shù)據(jù)的FPAR估算；VERGER等[6]利用歐空局CHIRS/PROBA數(shù)據(jù)反演FPAR并得到PROBA-VFPAR產(chǎn)品；LI等[7]利用Landsat-5數(shù)據(jù)結(jié)合輻射傳輸模型模擬反射率估算冠層FPAR誤差小于0.05。這種將遙感數(shù)據(jù)與輻射傳輸模型結(jié)合的FPAR估算是基于復(fù)雜的PAR過程實(shí)現(xiàn)的，雖然具有較高的估算精度，但在實(shí)際應(yīng)用中有較大難度。近年來逐漸有高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用于FPAR估算[8-10]。但這些研究多基于田間小區(qū)冠層尺度，在區(qū)域尺度估算適應(yīng)性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。隨著空間遙感技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者利用不同的衛(wèi)星影像，提取光譜反射率構(gòu)建植被指數(shù)，進(jìn)一步開展大尺度的FPAR估算[11-13]。這種基于敏感波段構(gòu)建植被指數(shù)估算FPAR的方法，由于參數(shù)較少，操作方便，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[14-15]。這些研究多基于國外中低分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展。

隨著中國高分系列衛(wèi)星的使用，為光合有效輻射估算及業(yè)務(wù)化生產(chǎn)提供了新的契機(jī)。王利民等[16-17]使用GF-1影像獲取PAR的總體精度超過92.63%，這為國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星在FPAR估算奠定了基礎(chǔ)。但FPAR的變化受植被類型、生態(tài)環(huán)境等多種因素綜合影響，而農(nóng)作物作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其生產(chǎn)活動對FPAR有重要影響。為了進(jìn)一步研究GF-1 WFV數(shù)據(jù)在作物FPAR估算中的適應(yīng)性，科學(xué)評估農(nóng)作物的生產(chǎn)潛力，本文基于連續(xù)2年不同氮肥梯度與不同品種類型的夏玉米冠層高光譜反射率模擬國產(chǎn)高分辨率GF-1 WFV的多光譜反射率，分析夏玉米冠層FPAR指標(biāo)與模擬GF-1 WFV波段及植被指數(shù)的定量關(guān)系，探索GF-1 WFV數(shù)據(jù)對區(qū)域尺度夏玉米FPAR動態(tài)估算的適用性與穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)利用GF-1 WFV數(shù)據(jù)估算作物生產(chǎn)潛力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)獲取與處理

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行，地處113°46′8.10″E，35°8′3.67″N，海拔78.9 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年平均溫度14.2℃，無霜期210 d，年日照時數(shù)約2 407.7 h，年蒸發(fā)量約2 000.0 mm，年平均降水量585.0 mm，年均無霜期200.5 d。土壤為黃河沖積物發(fā)育潮土，0～20 cm堿解氮質(zhì)量比68.65 mg/kg、速效磷質(zhì)量比9.21 mg/kg、速效鉀質(zhì)量比71.12 mg/kg、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比10.21 mg/kg。

1.1.2試驗(yàn)設(shè)計

小區(qū)試驗(yàn)于2019—2020年實(shí)施，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每年設(shè)置2個玉米品種，5個氮肥水平，2組重復(fù)，共計20個小區(qū)。2個玉米品種分別為鄭單958(ZD958)、登海605(DH605)；5個氮肥(46% N尿素)水平分別為N0(0 kg/hm2)、N1(75 kg/hm2)、N2(150 kg/hm2)、N3(225 kg/hm2)、N4(300 kg/hm2)，總氮肥60%作為基肥，40%作為追肥，磷、鉀肥施用量均為120 kg/hm2；種植密度為67 500 株/hm2，行距0.60 m，株距0.25 m；其它管理方式按照豫北平原高產(chǎn)玉米措施管理。

區(qū)域尺度的夏玉米FPAR估算試驗(yàn)于2020年6—9月進(jìn)行。面向研究區(qū)域布設(shè)調(diào)查樣區(qū)40個，樣區(qū)尺寸大于300 m×300 m，樣區(qū)內(nèi)為純玉米種植，管理方式按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)生產(chǎn)管理進(jìn)行。于夏玉米拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期采集地面冠層光譜及光合有效輻射數(shù)據(jù)。研究區(qū)位置及拔節(jié)期(2020年7月20日)原始遙感影像見圖1。

圖1 研究區(qū)位置和玉米拔節(jié)期原始遙感影像Fig.1 Location of study area and original remote sensing image of maize jointing stage

1.2 冠層高光譜數(shù)據(jù)采集

利用美國 Analytical Spectral Devices(ASD)公司 Field-spec Pro FR-2500型背掛式野外高光譜輻射測量儀采集玉米冠層高光譜反射率。冠層光譜反射率在天氣晴朗、無風(fēng)時測量，適宜時間為10:00—14:00。測量時傳感器探頭垂直向下，光譜儀視場角為7.5°，距冠層頂垂直高度0.25～0.30 m，地面視場范圍直徑為0.5 m。每個觀測點(diǎn)記錄10個采樣光譜。試驗(yàn)小區(qū)與大田樣區(qū)每個采集點(diǎn)分別重復(fù)3次，取算術(shù)平均值作為該采集點(diǎn)光譜反射率。同步利用厘米級差分 GPS采集樣點(diǎn)詳細(xì)地理信息位置。

1.3 FPAR數(shù)據(jù)采集

PAR采集與冠層光譜反射率采集同步。在同一取樣范圍內(nèi)，以美國Decagon公司AccuPARPAR/LAIceptometer型植物冠層分析儀(modelLP-80型)測量，PAR采集時利用差分GPS同步采集詳細(xì)地理信息位置。每個測量點(diǎn)測3次，取算術(shù)平均值為該觀測點(diǎn)PAR值，根據(jù)計算公式求得FPAR值。

Fpar=Apar/Pparci

(1)

其中Apar=Pparci-Pparcr-(Ppargi-Ppargr)

式中Fpar——光合有效輻射吸收比率

Apar——植物吸收性光合有效輻射量

Pparci——冠層上部光合有效輻射入射量

Pparcr——冠層上部光合有效輻射反射量

Ppargi——冠層底部光合有效輻射入射量

Ppargr——冠層底部光合有效輻射反射量

1.4 GF-1WFV數(shù)據(jù)獲取、處理與模擬寬波段反射率

GF-1衛(wèi)星搭載有4個16 m空間分辨率寬視場(Wide field view，WFV)傳感器WFV1～4，單傳感器幅寬200 km，同時成像時幅寬800 km。影像包括藍(lán)(450～520 nm)、綠(520～590 nm)、紅(630～690 nm)與近紅外(770～890 nm)4個波段，重訪周期4 d。

本文采用2020年6月1日至9月30日與地面數(shù)據(jù)采集日期基本一致的GF-1 WFV數(shù)據(jù)4景進(jìn)行玉米FPAR反演，云量小于10%。玉米FPAR反演的GF-1 WFV數(shù)據(jù)信息見表1。

表1 玉米FPAR反演的GF-1 WFV數(shù)據(jù)信息Tab.1 Information of GF-1 WFV images for FPAR estimation

在ENVI環(huán)境下，對 GF-1 WFV影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正等預(yù)處理。由于GF-1 WFV與ASD的波普寬度不同，因此根據(jù)GF-1 WFV的光譜響應(yīng)函數(shù)對ASD實(shí)測光譜反射率進(jìn)行重采樣，獲取與GF-1 WFV相對應(yīng)的模擬光譜反射率[18]，重采樣公式為

(2)

式中R——模擬衛(wèi)星寬波段的反射率

λmin、λmax——傳感器光譜探測的起始、終止波長

S(λ)——傳感器在波長λ的光譜響應(yīng)函數(shù)值

R(λ)——玉米冠層光譜在波長λ的反射率

1.5 植被指數(shù)

由于可見光與近紅外波段的光譜反射率對植被PAR表現(xiàn)較為突出，可見光主要表征植被葉片色素對PAR的吸收信息，近紅外波段表征葉片結(jié)構(gòu)對PAR的投射信息。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)FPAR對光譜響應(yīng)特征，基于衛(wèi)星模擬光譜反射率數(shù)據(jù)，篩選了歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)[19]、比值植被指數(shù)(RVI)[20]、差值植被指數(shù)(DVI)[21]、垂直植被指數(shù)(PVI)[21]、土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)[22]、復(fù)歸一化植被指數(shù)(RNDVI)[23]、綠色比值植被指數(shù)(GRVI)[24]、標(biāo)準(zhǔn)葉綠素指數(shù)(NPCI)[25]、優(yōu)化土壤調(diào)整植被指數(shù)(OSAVI)[26]、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(MTVI2)[26]、葉綠素指數(shù)(CIgreen)[27]、寬范圍動態(tài)植被指數(shù)(WDRVIgreen)[27]、增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)[28]、可見光大氣阻抗植被指數(shù)(VARI)[29]、綠色歸一化植被指數(shù)(GNDVI)[29]、調(diào)整土壤亮度的植被指數(shù)(TSAVI)[30]、綜合植被指數(shù)(TCARI/OSAVI)[31]等17種對FPAR敏感的寬波段植被指數(shù)構(gòu)建FPAR估算模型。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

本文連續(xù)2年采集冠層光譜反射率、FPAR有效數(shù)據(jù)共計200組，以小區(qū)夏玉米高光譜反射率模擬GF-1 WFV多光譜反射率，分析二者間的定量關(guān)系；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建寬波段植被指數(shù)，并分析其與FPAR的相關(guān)性，選擇與FPAR呈極顯著相關(guān)(P<0.01)且具有較高相關(guān)系數(shù)的寬波段植被指數(shù)用于FPAR估算，以70%樣本為訓(xùn)練集建立FPAR估算模型，30%樣本為驗(yàn)證集對估算模型精度進(jìn)行驗(yàn)證，評價模型的估算精度；通過綜合評判篩選最適夏玉米FPAR估算模型，并基于最適模型進(jìn)行FPAR動態(tài)估算及空間分布制圖。

2 估算模型建立與驗(yàn)證

2.1 不同生育期玉米冠層FPAR的動態(tài)特征

不同生育時期夏玉米FPAR動態(tài)特征見圖2。拔節(jié)期FPAR為0.349～0.618，抽雄期為0.613～0.932，灌漿期為0.580～0.806，成熟期為0.482～0.751，最大值在抽雄期，為0.932，最小值在拔節(jié)期，為0.349。拔節(jié)期FPAR較小是因?yàn)橛衩渍帬I養(yǎng)生長階段，覆蓋度較小；進(jìn)入抽雄期葉片全展，覆蓋度增加，F(xiàn)PAR也隨之達(dá)到最大；灌漿期后，進(jìn)入生殖生長階段，營養(yǎng)物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)移，葉片逐漸衰老，冠層覆蓋度降低，F(xiàn)PAR呈降低趨勢。

圖2 不同生育期夏玉米冠層FPAR變化特征Fig.2 Variation of FPAR for summer maize at different growth stages

2.2 模擬反射率與GF-1 WFV反射率的定量關(guān)系

圖3為基于ASD高光譜反射率模擬的GF-1反射率與GF-1 WFV多光譜反射率的定量關(guān)系。由圖3可知，模擬反射率與GF-1 WFV多光譜反射率在藍(lán)、綠、紅、近紅外波段均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性(P<0.01)，不同波段相關(guān)系數(shù)|R|分別為0.967、0.971、0.980、0.985(**表示極顯著)，模擬反射率與實(shí)測反射率的決定系數(shù)R2分別為0.935、0.944、0.960、0.969；說明模擬反射率與GF-1 WFV多光譜反射率具有高度一致性。

圖3 模擬反射率與GF-1 WFV反射率的定量關(guān)系Fig.3 Relationship between simulated and GF-1 WFV reflectance

2.3 FPAR與寬波段植被指數(shù)的相關(guān)性分析

基于模擬反射率構(gòu)建寬波段植被指數(shù)，并分析其與FPAR的相關(guān)性(表2)。由表2可知，拔節(jié)期FPAR除了與GRVI、NPCI、CIgreen、WDRVIgreen、GNDVI沒有達(dá)到顯著相關(guān)水平以外，與其它12種植被指數(shù)均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)性(P<0.05或P<0.01)，|R|為0.639～0.873，與TCARI/OSAVI相關(guān)性最高；抽穗期與灌漿期FPAR與所選的17種植被指數(shù)均達(dá)到顯著或極顯著差異(P<0.05或P<0.01)，|R|分別為0.422～0.903、0.565～0.904，該階段最大|R|均為EVI；成熟期FPAR除了與GRVI、NPCI沒有顯著相關(guān)以外，與其它15種植被指數(shù)均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)性(P<0.05或P<0.01)，|R|最大達(dá)到0.925(MTVI2)。將不同生育時期的FPAR與植被指數(shù)匯總對應(yīng)，分析多生育期的FPAR與植被指數(shù)相關(guān)性，GRVI、NPCI、GNDVI與FPAR的相關(guān)性稍差，|R|<0.5，呈現(xiàn)弱相關(guān)或低度相關(guān)；其它14種植被指數(shù)則呈現(xiàn)顯著或極顯著相關(guān)(P<0.05或P<0.01)。綜合對比不同階段FPAR與植被指數(shù)的相關(guān)性，在不同生育時期與多生育期中，EVI、MTVI2、VARI、TCARI/OSAVI等4種植被指數(shù)與FPAR均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)，且|R|為0.813～0.925，具有高度相關(guān)性。這是由于這4種植被指數(shù)均是由藍(lán)光、綠光、紅光、近紅外中任意3種光譜信息構(gòu)建，能更好地表達(dá)FPAR與可見光或近紅外波段的信息。

表2 不同生育期夏玉米FPAR與植被指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficients between FPAR and vegetation index of maize from jointing to maturity

2.4 玉米FPAR估算模型及驗(yàn)證

2.4.1玉米FPAR估算模型

通過相關(guān)分析，本文以EVI、MTVI2、VARI、TCARI/OSAVI等4種3波段植被指數(shù)為自變量(x)，以FPAR為因變量(y)，構(gòu)建FPAR的一元線性回歸模型(Linear regression，記作FPARLR)與多元逐步回歸模型(Multiple stepwise regression，記作FPARMSR)估算模型，通過對比模型的決定系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)誤差，評價估算精度。

表3為基于GF-1 WFV寬波段植被指數(shù)構(gòu)建的夏玉米FPAR估算模型。對比FPARLR與FPARMSR的決定系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)誤差，在不同生育期與多生育期，F(xiàn)PARLR的決定系數(shù)相對較低，F(xiàn)PARMSR的決定系數(shù)較高；在同一生育時期內(nèi)，F(xiàn)PARMSR估算精度優(yōu)于FPARLR；對比不同回歸模型，單一生育時期的FPAR估算精度優(yōu)于多生育期的統(tǒng)一模型。

表3 夏玉米不同生育期FPAR估算模型Tab.3 FPAR estimation models of summer maize at different growth stages

2.4.2玉米FPAR模型驗(yàn)證

利用驗(yàn)證集對FPAR估算模型精度進(jìn)行驗(yàn)證(表4)，并對比實(shí)測值與估算值間的R2、RMSE、RE(圖4)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：FPARMSR較FPARLR具有一定的優(yōu)勢。對比單一生育期與多生育期的FPAR估算模型，發(fā)現(xiàn)單一生育期FPARMSR的R2大于FPARLR，RMSE與RE小于FPARLR。多生育期模型雖然具有一定的通用性，但是在建模過程受植被指數(shù)或建模訓(xùn)練集數(shù)量的影響，存在一定的飽和性，影響模型精度；不同生育時期中，以抽雄期、灌漿期FPAR估算效果較好，這與該階段冠層結(jié)構(gòu)密閉，群體覆蓋度較大有關(guān)，受背景噪聲影響較小。

圖4 不同生育期夏玉米FPAR動態(tài)分布Fig.4 Spatial distribution about FPAR of summer maize at different growth stages

表4 FPAR 估算模型精度檢驗(yàn)Tab.4 Accuracy test of FPAR value estimation models

2.5 基于GF-1數(shù)據(jù)的夏玉米FPAR動態(tài)估算

利用最大似然法對研究區(qū)拔節(jié)期GF-1 WFV影像進(jìn)行分類，提取玉米種植面積，并以地面樣區(qū)對分類結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用戶精度與制圖精度分別為92.53%、93.64%，滿足本文FPAR遙感估算需求。以提取的夏玉米種植面積為掩膜，在不同生育時期以FPARMSR估算FPAR動態(tài)變化，并繪制FPAR空間分布，最后以實(shí)測FPAR與空間分布圖上同一位置獲取的FPAR估算值進(jìn)行擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在不同生育時期FPAR的變化趨勢與小區(qū)試驗(yàn)一致，拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期的FPAR最大值分別為0.620、0.933、0.831、0.816，最小值分別為0.340、0.611、0.578、0.471；FPAR模型估算值與地面實(shí)測值擬合的決定系數(shù)R2分別為0.824、0.856、0.847、0.819；相對誤差RE分別為13.37%、8.41%、10.65%、11.13%。表明基于GF-1 WFV數(shù)據(jù)能較好地估算區(qū)域尺度的玉米FPAR。

圖4為基于GF-1 WFV估算的新鄉(xiāng)縣玉米拔節(jié)期至成熟期FPAR時空分布圖。由圖4可知：研究區(qū)玉米FPAR高值區(qū)域主要集中分布在西部及西南部，這是由于該區(qū)域是玉米主產(chǎn)區(qū)，種植面積集中，管理措施完善，群體長勢較好；圖4a、4d分別為拔節(jié)期與成熟期的玉米FPAR，拔節(jié)期群體稀疏，冠層覆蓋度較小；成熟期植株營養(yǎng)向穗部轉(zhuǎn)移，F(xiàn)PAR相對較??；圖4b、4c為抽雄期、灌漿期FPAR，由于該階段群體密閉，長勢較好，截獲太陽輻射能力較強(qiáng)，F(xiàn)PAR相對較高。

3 討論

FPAR是植被冠層吸收利用光能的重要參數(shù)，是定量描述植被光合作用、生產(chǎn)潛力的重要參數(shù)。隨著高分辨率遙感衛(wèi)星的投入使用，從區(qū)域到全球尺度的FPAR估算被更廣泛的應(yīng)用于農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力評估、生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)等領(lǐng)域[32]。植被對太陽光能的吸收反射主要集中在可見光與近紅外波段[33]，可見光波段與植被理化性狀及色素分布有關(guān)，如紅光波段對光能的吸收能力在光譜上表現(xiàn)為明顯的吸收波谷，紅波段呈現(xiàn)出明顯的吸收波谷；近紅外波段與植被葉片結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，該波段內(nèi)輻射吸收較少，所以具有較高的反射率。正是由于植被對光能在這些波段的吸收與反射特征，所以可利用不同波段的反射率構(gòu)建植被指數(shù)建立光譜與FPAR的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)FPAR的估算[34]。

(1)本文對經(jīng)預(yù)處理的GF-1 WFV數(shù)據(jù)提取與地面實(shí)測高光譜反射率點(diǎn)位一致的多光譜反射率，對比分析寬波段反射率與窄波段反射率的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藍(lán)、綠、紅、近紅外波段模擬反射率與GF-1 WFV反射率間具有較高的相關(guān)系數(shù)與決定系數(shù)，說明二者具有高度一致性。因此，可以基于GF-1 WFV的光譜響應(yīng)函數(shù)對近地高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，獲取與GF-1 WFV傳感器一致的多光譜反射率，并構(gòu)建寬波段植被指數(shù)，進(jìn)行作物生理生態(tài)參數(shù)的定量分析。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果[35]基本一致。

(2)本文在前人關(guān)于PAR研究基礎(chǔ)上，篩選了降低土壤噪聲、大氣噪聲等不同波段組合的17種植被指數(shù)，與FPAR均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)性，這是由于所選植被指數(shù)均是基于藍(lán)、綠、紅等可見光及近紅外波段構(gòu)建，而FPAR對可見光及近紅外波段的光譜信息更為敏感[36]。對比不同類型植被指數(shù)與FPAR的定量關(guān)系發(fā)現(xiàn)，基于3波段構(gòu)建的植被指數(shù)與FPAR的相關(guān)性優(yōu)于2波段，說明了適當(dāng)增加波段信息有利于改善估算精度[37-39]。

(3)對比不同形式的FPAR估算模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FPARMSR估算精度與驗(yàn)證精度都較FPARLR有所改善，這是由于參與構(gòu)建多元逐步回歸模型的植被指數(shù)在不同程度上降低了大氣噪聲、土壤背景、植被覆蓋度等因素的影響，并避免建模過程中不同參數(shù)之間的共線性問題，改善了模型精度[40]。另外，本文通過對比單一生育期與多生育期的模型估算精度，發(fā)現(xiàn)多生育期模型雖然具有一定的通用性，但是其模型估算精度與驗(yàn)證精度略差，這是由于多生育期建模數(shù)據(jù)集過大，存在一定的飽和性導(dǎo)致模型精度降低。

(4)將不同生育期FPAR估算模型應(yīng)用于相對研究區(qū)FPAR估算，并以實(shí)測值進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明基于多元逐步回歸模型估算的FPAR與實(shí)測值高度吻合，但是這一驗(yàn)證精度略差于模型估算精度，出現(xiàn)這種情況的原因與地面采樣點(diǎn)的地理信息位置精度以及GF-1 WFV在大氣校正、幾何校正過程中的預(yù)處理精度有一定的關(guān)系，另外GF-1 WFV反射率在一定程度上受混合像元的影響，導(dǎo)致估算結(jié)果存在一定的誤差[41]。

本文通過高光譜反射率模擬GF-1 WFV多光譜反射率，構(gòu)建寬波段植被指數(shù)估算了夏玉米不同生育時期FPAR動態(tài)變化，這種方法簡便高效，是開展區(qū)域尺度FPAR估算的主要手段。但是FPAR受太陽高度角、植被類型、地形地貌等不確定因素的影響，導(dǎo)致估算模型的適用性與推廣性受到一定限制。因此，在后期研究中進(jìn)一步考慮FPAR估算的不確定性，進(jìn)一步改善FPAR估算的普適性與機(jī)理性。隨著天宮一號、珠海一號等高光譜遙感影像的投入使用，基于高光譜數(shù)據(jù)或其它窄波段數(shù)據(jù)設(shè)計的植被指數(shù)不斷出現(xiàn)，但是不同傳感器的中心波段、光譜響應(yīng)曲線等均存在一定差異，本研究僅僅對GF-1 WFV寬波段植被指數(shù)估算了FPAR，該方法是否能滿足其它高分辨率遙感衛(wèi)星對FPAR估算應(yīng)用，仍有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

4 結(jié)論

(1)模擬衛(wèi)星寬波段光譜反射率與GF-1 WFV實(shí)測光譜反射率間的相關(guān)系數(shù)|R|為0.967～0.985，決定系數(shù)為0.935～0.969，二者具有高度一致性。

(2)基于EVI、MTVI2、VARI、TCARI/OSAVI等3波段植被指數(shù)與不同生育期FPAR具有極顯著相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)|R|為0.813～0.925。

(3)基于優(yōu)選3波段植被指數(shù)構(gòu)建FPAR多元逐步回歸估算模型的決定系數(shù)R2為0.762～0.843，驗(yàn)證模型的決定系數(shù)R2為0.839～0.880，估算及驗(yàn)證精度都較一元回歸模型有所提高，說明適當(dāng)增加建模信息，能有效改善FPAR估算精度。

(4)基于優(yōu)選模型估算區(qū)域尺度FPAR空間分布及動態(tài)變化，估算值與實(shí)測值間決定系數(shù)R2為0.819～0.856，相對誤差RE為8.41%～13.37%。說明不同生育期FPAR多元逐步回歸模型能較好估算夏玉米FPAR動態(tài)變化。