植被遙感上機(jī)課程-植被輻射傳輸模型

1、植被輻射模型上機(jī)課程植被輻射模型上機(jī)課程焦全軍焦全軍1植被輻射傳輸過程400-2500nm400-2500nm：地表反射率地表反射率 花青素anthocyanins 類胡蘿卜素carotenoids 葉黃素 brown pigments 葉綠素 chlorophylls葉片光譜受到葉片色素的影響植被患病變色植被患病變色描述輻射傳播，與地物發(fā)生相互作用（吸收、散射、發(fā)描述輻射傳播，與地物發(fā)生相互作用（吸收、散射、發(fā)射等）的過程。射等）的過程。構(gòu)建了地物理化、結(jié)構(gòu)的特性與地物輻射特性的關(guān)系。構(gòu)建了地物理化、結(jié)構(gòu)的特性與地物輻射特性的關(guān)系。植被參數(shù)植被參數(shù)正演正演Meroni, M., R. Col

2、ombo, et al. (2004). Inversion of a radiative transfer model with hyperspectral observations for LAI mapping in poplar plantations. Remote Sensing of Environment 92: 195-206.（1）反演植被參數(shù)）反演植被參數(shù)Meroni, et al. (2004)基于DAIS航空高光譜影像，利用PROSAIL模型，反演了植被LAI參數(shù)。Zarco-Tejada, P. J., J. R. Miller, et al. (2004). Hy

3、perspectral indices and model simulation for chlorophyll estimation in open-canopy tree crops. Remote Sensing of Environment 90(4): 463-476.（2） 模型正演的應(yīng)用模型正演的應(yīng)用Zarco-Tejada, et al. (2004)利用植被遙感模型模擬光譜，比較不同植被指數(shù)的性能。植被參數(shù)植被參數(shù)植被遙感植被遙感模型模型遙感光譜遙感光譜模擬結(jié)果模擬結(jié)果1）調(diào)整某一個(gè)參數(shù)）調(diào)整某一個(gè)參數(shù) 2）查看參數(shù)調(diào)整帶來的模擬結(jié)）查看參數(shù)調(diào)整帶來的模擬結(jié)果變化；果變化；3

4、）進(jìn)而發(fā)現(xiàn)敏感參數(shù)、及對應(yīng)）進(jìn)而發(fā)現(xiàn)敏感參數(shù)、及對應(yīng)的敏感波段；的敏感波段；4）優(yōu)選植被指數(shù)等）優(yōu)選植被指數(shù)等 葉綠素葉綠素 可見光可見光-近紅外吸收？特征？近紅外吸收？特征？ 葉片水分葉片水分 近紅外近紅外-短波紅外吸收？特征？短波紅外吸收？特征？ 葉片干物質(zhì)葉片干物質(zhì) 短波紅外吸收？特征？短波紅外吸收？特征？ 葉面積指數(shù)對植被光譜的影響葉面積指數(shù)對植被光譜的影響 ? 波段范圍？強(qiáng)度波段范圍？強(qiáng)度如何？如何？ 掌握幾種流行的植被冠層光譜模型，分析掌握幾種流行的植被冠層光譜模型，分析不同參數(shù)對應(yīng)的光譜特征。不同參數(shù)對應(yīng)的光譜特征。 簡單來說：簡單來說：1）調(diào)參數(shù)：調(diào)參數(shù)：固定其他參數(shù)不變，改變

5、一個(gè)參數(shù)的設(shè)固定其他參數(shù)不變，改變一個(gè)參數(shù)的設(shè)置；置；（模型軟件輸入）（模型軟件輸入）2）轉(zhuǎn)模型：轉(zhuǎn)模型：獲得不同參數(shù)對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)集獲得不同參數(shù)對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)集；（模（模型軟件輸出文本文件）型軟件輸出文本文件）3）敏感性分析：敏感性分析：分析參數(shù)變化帶來的光譜變化。分析參數(shù)變化帶來的光譜變化。（文本文件導(dǎo)入（文本文件導(dǎo)入EXCEL ，在，在EXCEL表里面展示、分析）表里面展示、分析）第一種方式：使用第一種方式：使用EXCEL直接打開文本文件，輸入分列符號設(shè)置，進(jìn)行分列直接打開文本文件，輸入分列符號設(shè)置，進(jìn)行分列第二種方式：第二種方式：COPY文本進(jìn)入文本進(jìn)入EXCEL，利用分列工具，對數(shù)據(jù)

6、進(jìn)行分列，利用分列工具，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分列（Jacquemoud,1990）（Dawson et al, 1998）（Verhoef, 1984）(Chen J M,1997 ）（Jacquemoud,1990）（Dawson et al, 1998）（Verhoef, 1984）(Chen J M, 1997）TAR鮮葉片和干葉片的反射率光譜（鮮葉片和干葉片的反射率光譜（R）和透過率光譜（）和透過率光譜（T）干枯葉片干枯葉片一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，葉片的反射和透射率光譜葉片的反射和透射率光譜，是由，是由葉片組分葉片組分的的吸收吸收和散射和散射功能決定的。功能決定的。葉片主要組分：葉片主要組分：葉綠素

7、，類胡蘿卜素，水，纖維素，木質(zhì)素，葉綠素，類胡蘿卜素，水，纖維素，木質(zhì)素，淀粉，蛋白質(zhì)等。淀粉，蛋白質(zhì)等。新鮮葉片新鮮葉片早期的PROSPECT模型PROSPECT的改進(jìn)之一PROSPECT 模型模型 PROSPECT 模型的參數(shù)輸入表模型的參數(shù)輸入表輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)描述描述取值范圍取值范圍默認(rèn)值默認(rèn)值Cab葉綠素含量葉綠素含量580g/cm230g/cm2N葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)1-41.3Cm干物質(zhì)含量干物質(zhì)含量0.001-0.005g/cm20.005 g/cm2Cw水分含量水分含量0.003-0.03g/cm2 0.012 g/cm2存為一個(gè)文件，PROPECT的葉片反射率和透過率光

8、譜，可為WINSail使用。00.10.20.30.40.50.6400900140019002400w05w10w15w20波長（nm）w05w10w15w2000.10.20.30.40.5400900 1400 1900 2400w05w10w15w20w05w10w15w20不同的不同的葉片水分含量葉片水分含量模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）結(jié)果范例結(jié)果范例SAIL模型假設(shè)冠層具有如下性質(zhì)模型假設(shè)冠層具有如下性質(zhì)：冠層冠層水平且無限延伸水平且無限延伸； 冠層冠層組分只考慮葉片；組分只考慮葉片；冠層冠層分布是各向同性的分布是各向同性的。 冠層冠層葉

9、片葉片太陽與觀測環(huán)境太陽與觀測環(huán)境PROSAIL模型的參數(shù)輸入表模型的參數(shù)輸入表輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)描述描述取值范圍及默認(rèn)值取值范圍及默認(rèn)值Cab葉綠素含量葉綠素含量(580g/cm2)40g/cm2N葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)(1-4)1.3Cm干物質(zhì)含量干物質(zhì)含量(0.001-0.005g/cm2)0.003 g/cm2Cw水分含量水分含量(0.003-0.03g/cm2)0.012 g/cm2LAI葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)(0.5、1 8) 3LAD平均葉傾角平均葉傾角（0-90 度）度）57 度度Sl熱點(diǎn)大小熱點(diǎn)大小0.25Theta_s,Phi_s太陽方位角和天頂角太陽方位角和天頂角0 30T

10、heta_v,Phi_v遙感器方位角和天頂角遙感器方位角和天頂角0 0光源與觀測參數(shù)光源與觀測參數(shù)葉片與土壤參數(shù)LAI葉片傾角分布函數(shù)葉片傾角分布函數(shù)冠層的多層結(jié)構(gòu)冠層的多層結(jié)構(gòu)葉傾角分布函數(shù) 單獨(dú)使用單獨(dú)使用WINSail模擬模擬 分析冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)和反射率光譜的關(guān)系分析冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)和反射率光譜的關(guān)系32冠層反射率隨：葉面積指數(shù)LAI、平均葉傾角LAD 的變化 WINSail結(jié)合結(jié)合PROSPECT 分析葉片參數(shù)對冠層反射率的影響分析葉片參數(shù)對冠層反射率的影響冠層反射率隨：層反射率隨：a) 葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)N; b) 葉綠素葉綠素 Cab; c) 水含量水含量Cw; d) 干物質(zhì)干物質(zhì)

11、Cm針葉模型針葉模型LIBERTY的針葉內(nèi)輻射傳輸模型 Dawson et al. (1998)發(fā)展了針葉的葉片輻射傳輸模型LIBERTY 。LIBERTY模型通過若干層細(xì)胞的反射率和透過率的迭代過程求得單個(gè)針葉的反射率和透過率，需要3大類、共9個(gè)輸入?yún)?shù)。LIBERTY模型輸入?yún)?shù)模型輸入?yún)?shù)LIBERTYLIBERTY模型輸入?yún)?shù)的英文對照模型輸入?yún)?shù)的英文對照輸出文件的設(shè)置輸出文件的設(shè)置幾何光學(xué)模型幾何光學(xué)模型5-SCALE模型為例模型為例直接照射冠層直接照射冠層 直接照射冠層與非直接照射冠層直接照射冠層與非直接照射冠層 非直接照射的冠層非直接照射的冠層獨(dú)立幾何冠層形狀的植被獨(dú)立幾何冠層

12、形狀的植被5-SCALE建模建模葉片獨(dú)立個(gè)體的冠層空間分布5-SCALE軟件的特色軟件的特色突出植被冠層的二向性突出植被冠層的二向性植被光譜的二向性？植被光譜的二向性？不同觀測角度，觀測到不同觀測角度，觀測到不同強(qiáng)度的遙感反射率不同強(qiáng)度的遙感反射率5-SCALE軟件的功能軟件的功能使用使用5-SCALE的三種模式的三種模式（1）太陽平面上的反射率二向性模式）太陽平面上的反射率二向性模式（2）單波段反射率的二向性模式）單波段反射率的二向性模式（3）太陽平面上的反射率高光譜模式）太陽平面上的反射率高光譜模式使用使用5-SCALE模型，可關(guān)注針葉林的模型，可關(guān)注針葉林的BRDF響應(yīng)。響應(yīng)。5-SCALE模型輸入?yún)?shù)模型輸入?yún)?shù) 觀測天頂角度觀測天頂角度 太陽天頂角太陽天頂角 相對方位角相對方位角 葉面積指數(shù)葉面積指數(shù) LAILAI 叢生指數(shù)叢生指數(shù) 樹木密度樹木密度 樹冠垂直高度樹冠垂直高度 桿高桿高 冠層半徑冠層半徑 冠層形狀（冠層形狀（1 1 圓錐加圓柱；圓錐加圓柱；2 2 橢圓）橢圓） 枝葉幾何參數(shù)枝葉幾何參數(shù) 葉片光譜葉片光譜 下界面（背景）光譜下界面（背景）光譜太陽入射平面的二向性太陽入射平面的二向性植被分布參數(shù)植被分布參數(shù)太陽與觀測參數(shù)太陽與觀測參數(shù)冠層形狀冠層形狀枝干屬性枝干屬性四種工作模式四種工作模式葉片與下界面屬性葉片與下界面屬性使用使用5-SCALE的三種