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基于多角度测量分析土壤粒径对反射的影响

基于多角度测量分析土壤粒径对反射的影响

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作者： isaac blay 东北师范大学

学位级别：硕士

随着遥感技术的发展,使用现代遥感技术工具来分析和监测生态空间中的空间现象需要更多的关注。土壤,作为全球生态系统的组成部分,是构成地球的最上层,是植物、动物和其他生物的家园,为了保持其可持续性功能,需要不断地进行研究。土壤结... 详细信息

随着遥感技术的发展,使用现代遥感技术工具来分析和监测生态空间中的空间现象需要更多的关注。土壤,作为全球生态系统的组成部分,是构成地球的最上层,是植物、动物和其他生物的家园,为了保持其可持续性功能,需要不断地进行研究。土壤结构参数与太阳能(光)能量相互作用产生种类型的反应,分别是吸收、反射和透射。在土壤参数与光能相互作用的三种反应中,反射在遥感分析和估算土壤固有性质方面起着至关重要的作用。土壤颗粒大小是土壤结构参数中的一个协调元素,它决定了土壤的化学和生物学特性的相互作用。在土壤中的其他的土壤参数的性质,取决于被调查土壤的粒度分布,这就导致了土壤颗粒大小所反映的能量程度的变化。土壤表面的BRF为遥感土壤特性的评估提供了基础,有助于土壤资源的有效利用。本研究主要分析不同角度测量的不同土壤颗粒大小的BRF分布。由于土壤表面反射是环境监测、评价和精准农业的重要组成部分。本研究将有助于解释和理解光能的复杂相互作用及其对土壤参数(特别是土壤颗粒尺寸)的影响,以及从土壤表面测量的反射能量如何进行土壤有效分类和表征。为了研究不同土壤种类和土壤粒径对反射的影响,我们选择了三种不同类型的土壤样本。其中两个土壤样本为黑土、栗钙土,包括14个粒径范围,从2毫米-0.027 mm依次降序筛分得到。另一个土壤样本为风沙土,包含6个粒径范围,从0.525 mm到0.075mm依次降序筛分得到。样品的反射光谱测量使用东北师范大学实验室角谱仪系统(NENULGS)进行,在可见和近红外波长范围内进行探测。同时,测量了不同视角双向反射系数(BRFs)。之后,在选定波长下,将土壤表面BRF和ARF的非朗伯现象与之前的研究进行比较,以验证本研究测量的准确性。并定量分析了各粒径土壤在可见光和近红外波段最低点方向上反射的平均BRF,以实现其他角度检测数据的标准化。此外,研究发现,与之前的研究一样,反射峰和最小反射的所有粒径的BRF都在前向散射方向。接着,计算了3个土样0.3mm粒径的多角度ARF相对差值。观测到最大的相对ARF差出现在后向散射方向,最小的相对ARF差出现在前向散射方向。黑土颗粒大小在可见光和近红外波段均表现出最大和最小的ARF相对差异。此外,3个样品的粒径变化表明,土壤表面各向异性特征是检验和分析土壤粒径变化的重要参数之一。我们对土壤样品的有效粒径与最低点的BRF进行相关分析,并在所有视角下进行评估。结果表明,风沙土在各观测角度下的平均线性关系最强(R=0.84),栗钙土的线性关系次之(R=0.64),黑土的线性关系最弱(R=0.41)。黑土出现的弱线性关系主要与有机质含量较高有关。风沙土的自然对数相关系数(R)最弱。基于风成沙土最小粒径分布假设,进一步证实了这种弱关系。栗钙土和黑土的自然对数关系分别最强和较强。结果表明,粒径分布的体积决定了使用BRF进行有效定量检测土壤表面的统计工具类型。本研究所采用的方法有助于理解不同视角下不同土壤表面的反射光能量。该方法的合理应用对土壤的特征、制图和分类具有重要意义,有助于土壤的有效利用。

关键词：遥感土壤类型双向反射因子(BRF) 有效粒径不同视角

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