从地物光谱图像识别的关键问题出发, 将改进的梯度方向直方图(光谱梯度方向直方图)与“光谱总反射率”应用到偏振光谱识别研究中, 实现了对5种干枯植物与3种裸土的识别.在研究中, 先联合光谱梯度方向直方图特征向量的模与光谱总反射率进行层次聚类分析, 可以识别6种研究对象, 再单独利用光谱梯度方向直方图特征的模进行层次聚类分析识别其余2种研究对象, 从而可以实现全部研究对象偏振光谱识别.

叶片叶绿素含量的快速无损估算方法对研究植被生长和环境胁迫都具有重要意义。 传统叶绿素光谱估测方法， 主要是基于叶片正面光谱信息。 而在实际遥感观测中， 传感器不仅会接收植被叶片正面光谱信息， 植被叶片反面光谱信息也会同时被接收。 该研究主要目的是找到在同时考虑叶片正反面光谱信息时也能精确估算叶片叶绿素含量的分析方法。 对比了简单差值植被指数（SD）， 简单比值植被指数（SR）， 归一化植被指数（ND）与偏最小二乘（PLS）建模方法， 并对检验样本集进行了精度比较。 结果发现用PLS方法估算两种植被正反面叶片的叶绿素含量与真实叶片叶绿素含量的拟合精度更高， R2为0.91， RMSE为5.21 μg·cm-2。 因此可以认为PLS方法在同时考虑植被叶片的正反面光谱信息时对植被叶片叶绿素含量的估算更准确。

草原火灾一直是影响我国草原生态系统的重要因素, 对其展开研究具有重要的现实意义。 遥感技术的发展, 为草原火灾的相关研究提供了详尽准确的数据, 节省了大量的人力物力和财力。 但在实际应用中, 如何识别不同可燃物及裸土一直是难点问题。 试图将分形理论应用到枯草及裸土的光谱识别研究中, 为上述问题寻找新的研究思路和方法。 该研究运用美国ASD公司的FS3地物光谱仪对吉林省长岭县西部草场的优势种羊草（Leymuschinensis）、 芦苇（Reed）、 虎尾草（Chlorisvirgata）、 全叶马兰（Kalimerisintegrifolia）、 蒙古蒿（Artemisia mongolica）的枯萎植株及裸土进行了野外光谱测量。 并利用Matlab工具, 对上述研究对象的平均野外反射光谱曲线进行了包络线提取和分形盒维数的计算。 经过光谱分析, 裸土和虎尾草的野外光谱反射强, 羊草、 芦苇和蒙古蒿的野外光谱反射相对较弱, 但彼此的谱型较为相近, 较难识别区分。 而全叶马兰的平均野外光谱反射强, 且谱型与其他研究对象有较大差异, 可以很好的识别。 通过分形分析, 研究对象的平均野外反射光谱曲线与包络线具有典型的分形特征。 以分维数作为分类指标, 对研究对象进行聚类分析, 完成了不同地物的野外光谱识别。 该方法与传统光谱分析的方法相比, 能够更好地利用数学方法, 客观的通过识别参数对目标进行识别, 为今后进行其他种类枯草的识别和提取研究提供了新的思路和方法。

土壤作为自然界的重要组成部分之一, 对生态系统的形成和人类的生存均起着绝对不可忽视的作用, 故对于土壤热红外偏振辐射特性的研究, 具有十分重要的现实意义。 而且, 关于土壤在2π空间内的偏振热辐射特性的研究, 国内外还未见报道。 研究结果表明: 随着探测角的改变, 土壤的偏振亮度温度在0°～80°范围内呈现非线性变化, 当探测角的变化范围为60°～80°时, 其偏振亮度温度随着探测角的增大而呈现明显的上升趋势; 不同方位角条件下, 土壤的偏振亮度温度会发生改变, 在0°～240°范围内, 随着方位角的增大而呈现上升趋势, 在240°～320°范围内, 呈现下降趋势; 波段和偏振角对于土壤的偏振亮度温度的变化均具有一定的影响, 而且二者的变化曲线的波动幅度都较为平缓; 不同土壤类型的偏振辐射亮度温度不同, 呈现草甸黑土>淋溶黑钙土>典型黑钙土>草甸风沙土的规律。 以上研究为热红外偏振遥感基础理论研究提供重要依据。

以长白山牡丹岭典型阔叶木本植被为研究对象, 通过冠层高光谱和微分光谱数据确定叶变色期, 利用红边参数建立光谱与叶变色期的反演模型.研究结果表明：冠层高光谱反射比曲线可以准确反映植被秋季叶变色期的变化, 并表现为三种基本类型：叶开始变色期——叶全部变色期——干枯但不落叶, 叶开始变色期——部分变黄并开始落叶——未完全变黄但落叶结束, 叶开始变色期——叶全部变色期——落叶; 一阶微分光谱曲线与高光谱曲线线能够更清晰的显示出叶开始变色期和叶完全变色期的具体日期; 建立红边参数—叶变色期的反演模型, R2均在0.9以上, 且不同植被适合不同形式的拟合方程.对利用遥感方法定量监测山地秋季物候具有重要理论意义和广泛应用前景.

基于野外与实验室多角度偏振测量信息与偏振反射物理机理，分析了不同植被冠层的偏振反射特性，同时得到了两个地表偏振反射模型的参数。结果发现，植被冠层的偏振反射比值与入射、探测几何相关；植被冠层的偏振反射具有明显的各向异性特征，且与植被冠层的结构形态相关；地表测量的植被冠层偏振反射比可达0.095，远大于以往结果；偏振反射模型可以有效地计算出一般植被冠层的偏振反射信息，但是对于完全平展型且有光滑叶片的冠层却会出现较大误差。

由于沙地通常处在半干旱地区, 在风蚀作用下表面结构特征会有所改变, 同时, 沙地表面粗糙度与组成成分的时间与空间变化也是研究风蚀模型所必须的输入信息。 作为一种非接触的探测手段, 遥感技术有助于实现对沙地表面粗糙程度在时空尺度上的研究。 为了利用反射特性描述沙地表面结构特征, 以人为模拟的粗糙沙地表面为研究对象, 基于野外实测多角度高光谱反射信息, 分析了沙地表面粗糙度变化对反射信息分布的影响, 并且结合双向反射模型, 试图利用模型参数反演粗糙度特征。 通过研究发现, 如果按照入射方向与沙地表面沙垄方向分类来看, 与入射方向平行或者垂直均会对沙地表面反射分布特性有所改变。 当沙垄方向与入射光方向垂直时, 会使后向散射的反射峰值增加;而沙垄方向与入射光平行时, 会使后向散射峰值向主平面两侧扩张。 双向反射模型可以模拟沙地表面的反射特性, 根据模型参数的变化也可以表示出沙地表面的粗糙度变化特性。 这表明双向反射信息可以用于量化沙地表面结构特征, 而且有助于了解结构特征对沙地光学特性的影响, 也为研究颗粒介质固有光学特性以及反演沙地表面结构特征提供依据。

积雪直接影响地表能量平衡和气候变化,与人类生产、生活息息相关,运用热红外偏振技术对新雪的发射光谱特性进行研究,可为热红外遥感监测雪的热辐射偏振特性定量研究提供基础,对加深对全球变暖理解及制定相应对策等具有重要意义.研究结果表明:波段对新雪热红外偏振特性影响很大,其偏振辐亮度(L)表现为:LCH1>LCH3>LCH4>LCH2,偏振亮温(T)表现为:TCH4>TCH1>TCH2>TCH3,在探测角50°偏振角90°处出现最大值而在探测角30°偏振角75°处存在最小值,利用CH3偏振亮温数据分析新雪热辐射偏振特性效果更优.探测角对新雪的偏振亮温影响极其显著,表现为:T10P30>P40>P20>P10>P50.偏振角对新雪亮温影响呈线性关系,在0~135°范围,每单位偏振角偏振亮温增加约0.003 ℃,这为新雪偏振亮温预测提供可能,在研究探测角对新雪偏振亮温影响时可忽略波段造成的差异.相对方位角对新雪的热辐射偏振特性影响不显著,这主要是由物质表面粗糙程度与组织结构差异导致,利用热红外偏振度对新雪的理化特性监测具有重要作用.

城市植被作为城市生态系统的重要组成部分，发挥着巨大的生态效益，合理地对城市植被进行分类有利于城市建设和规划。通过对长春市典型植被分类研究发现，观测时间、探测角度、波段是影响植被亮度温度的主要因素。结果显示：在不同时间段测得的植被的亮度温度差异明显，可很好地区分不同植被，尤其是在中午最有利于4 种植被类型的识别；不同探测角度下测得的各种植被的亮度温度，差异也很明显，可达到区分城市典型植被的效果，尤其是在0°探测角度下获得的亮度温度最有利于植被的分类；但同种植被在4 个通道的亮度温度只有细微差别，所以利用不同探测波段得到的亮度温度对植被进行区分较难实现。该研究可为植被类型的识别和分类提供重要依据。