雾霾对典型地物光谱曲线测量的影响分析

雾霾对典型地物光谱曲线测量的影响分析

自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，这种特性称为地物的光谱特性，遥感就是主要利用物体的电磁波区别地物。雾霾对实际的地物光谱曲线测量的影响是不可避免的，雾霾对地物反射率的影响直接影响到植被指数、叶面积指数、叶绿素反演土壤线计算等遥感参数的精度，影响到干旱监测资源调查等很多遥感应用方面的工作。

01实验内容

通过雾霾模拟实验室，利用激光粉尘仪测量PM2.5的含量；利用光谱仪测量了被、水泥地表以及不同含水量(0，5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%)的土壤在不同的雾霾浓度下(晴空、PM35，PM75，PM150)的反射光谱曲线，同时与室外太阳光照下测量的光谱进行了对比测量和分析。

02实验结果

2.1雾霾对草坪测量的光谱曲线的影响

不同雾霾浓度下，草坪测量的反射光谱曲线如图1。从图1可知，在不同雾霾浓度下，植被测量的反射光谱曲线有较大的变化:晴空时条件下，草坪的反射率比较高，反射率曲线也**平滑，随颗粒物浓度的增加，雾霾颗粒的散射、反射等使测量的草坪反射率下降，且反射率曲线的起伏增多，但当PM值升至150时，曲线的平滑度又有所增加。室外测量PM浓度为108时的草坪的光谱曲线的近红外区域的反射率几乎与室内PM浓度150时测量的反射率相近，但可见光区的反射率高于室内PM浓度150时的测量值。

图1 不同雾霾浓度下的草坪的光谱曲线

2.2雾霾对水泥地测量的光谱曲线

不同雾霾浓度下，水泥测量的反射光谱曲线如图2.从图2可知，不同的雾情况对水泥地反射率光谱曲线的测量同样有较大的影响：室内测量的水泥的光谱曲线随着PM值的增加而降低，且反射率光谱曲线的平滑度下降，到PM值为150时，反射率光谱曲线的平滑度略有增加。室外测量的PM值为108时的反射率值低于室测量的PM为150时的反射率。

图2不同雾霾浓度下的水泥地的光谱曲线

2.3雾霾对土壤测量的光谱曲线的影响

土壤的光谱曲线随土壤含水量的不同有较大变化，本实验测量了不同雾霾浓度对不同含水量(0，5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%)的土壤反射率光谱曲线的影响:图3-图7反应了不同雾浓度(晴空，PM35，PM75,PM150，PM108)对不同含水量(0，5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%)土壤的反射率光谱曲线的影响。由此可见：不同的雾霾浓度对不同土壤含水量的土壤反射率光谱曲线都有不同程度的影响。雾霾对土壤反射率曲线的影响，同草坪、水泥的情况类似，晴空时土壤的反射率是比较高的，反射率曲线也**平滑，随着雾霾浓度的增加，不同含水量的土壤的反射率都有所降低，且光谱曲线的平滑度也下降，尤其是在蓝、红光、近红外波段，当雾浓度增加时，反射率曲线起伏剧烈，即雾霾对蓝、红光、近红外波段的反射率影响较大。

图3 晴空时不同含水量的土壤光谱线

图4 浓度为时不同含水量的土壤光谱曲线

图5 浓度为时不同含水量的土壤光谱曲线

图6 浓度为时不同含水量的土壤光谱曲线

图7 浓度为时不同含水量的土壤光谱曲线室外

由图8和图9可知，同一含水量的土壤在不同雾浓度下，其测量的光谱曲线也有较大的变化，说明不同的雾浓度对不同含水量土壤次测量的光谱曲线的影响不同，且影响的幅度也不一样。

图8 不同雾霾浓度下干燥土壤的光谱曲线

2.4雾霾对地物测量的反射率光谱曲线的影响

从以上分析可知，无论是在室内还是室外，雾对植被、土壤、水泥地等主要地物测量的光谱曲线都有较大的影响；各主要地物的光谱曲线都是在晴空时反射率比较高，反射率光谱曲线也**平滑，随雾颗粒物浓度的增加，各主要地物的反射率都呈降低趋势，但降幅都不尽相同，降幅没有明显的规律可循;室内与室外测量的反射率曲线因为雾颗粒成分、含量的不同而不同。

图9 不同雾霾浓度下含水量为20%的土壤光谱曲线

03实验结论

植被指数、叶面积指数、叶绿素反演、土壤线计算、干旱监测等遥感参数都与土壤、植被的反射率息息相关雾霾对地物测量反射率光谱的影响直接影响到这些遥感参数反演的精度。雾霾对各主要地物反射率的影响虽有大体的规律可循，但不同波段、不同含水量状况不同雾霾浓度等的影响都不尽相同，且影响大小、范围都没有明显的规律，因此利用统计规律消除雾霾影响有较大困难。