基于光谱指数的不同叶倾角分布下玉米冠层叶绿素含量反演
专有名词
1 冠层叶绿素含量（CCC）
2 叶片叶绿素含量（LCC）
3 叶面积指数（LAI）
4 植被叶倾角分布（LAD）
实测数据
1 选择10种玉米品种，共80个样本。
2 玉米冠层光谱反射率的测定使用ASD FieldSpec地物光谱仪。
3 使用便携式激光叶面积仪CI-203测定样本叶片叶面积，利用样本叶片面积和植株密度计算冠层叶面积指数。
4 叶倾角定义为叶子切平面与水平面间的夹角，用半圆量角器和一个垂直于其中心的铅垂线测量玉米叶片的叶倾角。
5 叶片叶绿素测量是将现场采集80个样本叶片带回实验室测量玉米叶片叶绿素含量。
根据公式CCC ＝ LCC × LAI ，计算获得玉米冠层叶绿素含量。
知识点（方法）
1 叶绿素在红边波长范围（680-750nm）对太阳辐射吸收较低，红边区域能够减少叶绿素辐射吸收的饱和效应，同时其反射率仍然对叶绿素变化敏感 。利用705 和750nm 等红边波段反射率构建新的叶绿素相关光谱指数，这些红边波长光谱指数能够较好用于植被叶绿素含量估算。
2 PROSAIL 模型是冠层辐射传输模型SAIL 模型与叶片光学模型PROSPECT 的耦合模型，是目前使用最广泛的冠层辐射传输模型之一。
其中等效水厚度（leaf equivalent water thickness）、干物质含量（dry matter content）和叶片厚度参数（leaf thickness parameters）来自于文献。
3 基于光谱特征分析建立的经验性光谱指数是目前反演叶绿素含量最常用的方法，可选取对植被叶绿素敏感度较高的光谱指数来反演作物叶绿素含量。计算12个常用叶绿素相关光谱指数。
结果与讨论
1 不同叶倾角分布的植被冠层光谱特征分析
几乎所有波长的反射率都随着平均叶倾角的增大而减小，喜平型叶倾角分布的冠层反射率最高，而喜直型叶倾角分布对应的冠层反射率最低。（喜平型（Planophile）、喜斜型（Plagiophile）、球面型（Spherical）和喜直型（Erectophile））
2 基于叶倾角分布影响的叶绿素相关光谱指数筛选
利用PROSAIL分别模拟４种叶倾角分布下的植被冠层反射率光谱，建立12种光谱指数与冠层叶绿素含量的回归关系，以决定系数R２作为回归效果的评定指标。
其中n 为样本数；＾y i ，¯y 和yi 分别为预测值、实测平均值和实测值
3 优选指数和未筛选指数对叶倾角分布变化的敏感性对比
依据光谱指数与不同叶倾角分布的冠层叶绿素含量回归关系的绝对系数，作为量度叶倾角分布因子变化对光谱指数反演能力的评定指标，筛选出MTCI ，CIred_edge ，MNDVI1和MNDVI8共4个受叶倾角分布影响较小的叶绿素光谱指数。
结论
基于PROSAIL 辐射传输模型模拟了不同叶片叶绿素含量（LCC） 、叶面积指数（LAI）和 LAD 对应的冠层反射率数据。模拟结果显示，在相同LAI 和LCC 条件下，不同LAD 对应的冠层反射率有明显差异，冠层反射率随着平均叶倾角的增加而降低。通过计算12 个常用的叶绿素相关光谱指数与CCC 的相关性指标，来评估光谱指数在不同LAD 下反演叶绿素含量的敏感性差异，并依次优选出MTCI ，MND_VI8 ，MNDVI1 和CIred_edge4 个对LAD 变化较不敏感的叶绿素相关光谱指数。利用玉米实测数据对光谱指数进行冠层叶绿素估测的建模和模型检验，模型的建立和验证结果显示，MNDVI8 对LAD 变化最不敏感，反演模型的精度最高，决定系数R2 ＝ 0.70，均方根误差RMSE ＝ 22.47 μg · cm－2 。CIred_edge （R2 ＝ 0.63 ，RMSE＝24.06 μg · cm－2） ，MNDVI（R2 ＝ 0.66 ，RMSE ＝24.07 μg · cm -2 ）和MTCI（R2 ＝0.65 ，RMSE ＝ 26.76μg · cm -2 ）反演模型的精度较为接近并稍弱于MNDVI8 。通过对反演结果分析得出结论，不同的光谱指数对LAD 变化的敏感性不同，优选的光谱指数普遍对叶绿素含量具有较好的相关性和敏感性，其中MNDVI8 受LAD 影响最小，能较高精度的反演LAD 变化下的玉米冠层叶绿素含量。优选的其他光谱指数MTCI ，CIred_edge 和MNDVI1反演能力虽然稍弱于MNDVI8，但受LAD 影响较小，同样具有较好的反演能力。
