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华北地区位于我国半湿润半干旱地区,近年来由于气候变暖和降水减少,加之水资源利用的矛盾,使该区的干旱化日趋严重。干旱已成为对该区影响农业生态系统最严重的自然灾害,并引起了遥感学家和农业气象学家的广泛重视。水分在作物生命活动中起着极大的作用,水分是控制作物光合作用和最终产量的主要因素之一。作物水分含量的定量遥感研究,对于作物干旱的估测具有重要的研究价值。本研究着重从作物干旱及作物水分变化特征出发,利用野外遥感结合作物生理和生态参数测定,研究了不同水分处理条件下的我国华北典型区冬小麦生长状况和冬小麦冠层光谱特征;分析了不同水分处理条件下,冬小麦冠层叶片含水量与冠层反射率的定量关系;提取了对冬小麦冠层叶片含水量敏感的波段,并建立了多种水分光谱指数;利用本研究实测数据对国内外和本研究提出的水分光谱指数进行验证;基于地面冠层数据,建立了不同生育期光谱指数与冠层叶片相对含水量(FMC)和冠层叶片等价水厚度(EWT)的简单统计模型;利用实测参数,结合PROSAIL叶片冠层耦合的辐射传输模型模拟的冠层光谱反射率与本研究实测值进行比较;讨论叶片组分含量及冠层参数LAI对归一化水分指数(NDWI)的影响;针对耦合模型对一些关键参数取不同值进行大量的MODIS冠层反射率模拟,并基于此建立冠层叶片含水量与归一化水分指数(NDWI)的统计模型。最后利用该模型对2005年冬小麦拔节期和抽穗期,研究区的MODIS影像进行了冬小麦冠层叶片等价水厚度EWT估算。主要研究结论包括:1)冬小麦生长发育过程中,由于生长发育状况、叶绿素含量、水分含量、叶子内部结构等生理变化,以及受冠层形态结构、辐照、背景效应等影响,小麦冠层反射率在不同生育期,不同水分处理均有不同的光谱响应。2)提取了可见光波段469,645,700,710nm,近红外波段760,815,855,930,1075,1100nm,中红外波段的1550,1600,1640,1750,2130nm作为敏感波段。这些波段位于大气窗口内,具有较好的应用前景。利用敏感波段组合建立的归一化水分指数(NDWI)和简单比值水分指数(SRWI),相比单波段能更好地提取冠层叶片含水量;利用实测数据比较发现,本研究建立的水分光谱指数与国内外已有水分光谱指数相比,与冠层叶片含水量具有更高的相关性,理论上可以作为小麦水分状况监测的指数模型。3)利用2005年4月21日和2005年5月2日实测的冬小麦各项参数,结合PROSAIL模型,模拟了冬小麦冠层垂直反射率,模拟值与实测值的相关系数R大于0.98,均方根误差RMSE小于0.05,说明该模型对冬小麦冠层光谱的模拟是适用的。利用PROSAIL模型模拟建立的统计模型建立在多样本量基础上,理论上可以用于作物水分监测。