基于高光谱的不同林分冠层可燃物水分特征研究

作     者：张水锋 张金池 张阳 郑怀兵 顾哲衍 刘鑫 

作者机构：南京警察学院 南京林业大学江苏省水土保持与生态修复重点实验室 国家林业和草原局华东调查规划院 江苏省水利勘测设计研究院有限公司 

出 版 物：《南京林业大学学报(自然科学版)》 (Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edition))

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

基　　金：中央高校基本科研业务费重点项目(LGZD201906) 国家重点研发计划(2023YFC3304000) 江苏高校“青蓝工程” 国家自然科学基金面上项目(31872705) 江苏省社会科学基金项目(22GLD011) 

主　　题：高光谱 冠层 可燃物含水率 等效水厚度 北亚热带 

摘      要：【目的】林分冠层可燃物水分参数在森林植物生理状态与火灾风险评估中发挥着重要的作用，本研究主要探讨了利用野外高光谱探测数据估算植被冠层可燃物水分特征参数的方法，为快速无损地获取植被冠层水分特征信息以评估森林可燃物火险提供新的途径。【方法】针对马尾松（Pinus massoniana）、火炬松（Pinus taeda）、香樟（Cinnamomum camphora）和石楠（Photinia serratifolia）共4种林分的冠层样本，通过野外采样测定和室内实验获取了样本叶片的光谱反射数据、叶面积、鲜重和烘干重量，以及林分样本的叶面积指数（LAI）等数据，并分别对LAI和水分特征变量(FMC、EWT、FMCC和EWTC)及其相关性进行了分析。采用了偏最小二乘回归法（PLSR）和人工神经网络法（ANN）对水分特征参数FMCC和EWTC进行预测估算。【结果】4种林分的FMCC和EWTC汇总样本的估算和验证过程表明，PLSR方法的决定系数均大于ANN，而均方根误差则均小于ANN。在4种不同类型林分冠层可燃物的水分特征变量EWTC与FMCC值估算中，采用PLSR方法分析的R2均值为0.73，RMSEcv均值为0.22，马尾松表现最优(FMCC，R2=0.80，RMSECV=0.02；EWTC，R2=0.74，RMSECV=0.19)；而采用ANN方法的R2CV均值为0.76，RMSECV均值为0.20，采用ANN-2作为输入的马尾松的FMCC值估算(R2CV=0.91，RMSECV=0.12)和火炬松的EWTC值估算(R2CV=0.90，RMSECV=0.01)表现最优。【结论】EWTC与FMCC均可从反射光谱中获得较为准确的预测，FMCC作为一种基于质量的变量，通过PLSR和ANN方法均可获得高于基于面积的变量EWTC的估算精度。在决定光谱发射率方面，植物质量可能比植物面积发挥更大的作用，即可燃物的质量因素对光谱反射率水分特征反演的影响更大，叶片面积影响则相对较小。总体来看，野外探测的林分冠层高光谱数据用于估算可燃物水分特征参数的效果较好，可辅助支撑森林可燃物火险预测预报和风险等级评估。