植被遙感上機(jī)課程植被輻射傳輸模型

（優(yōu)選）植被遙感上機(jī)課程植被輻射傳輸模型當(dāng)前第1頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)植被輻射傳輸過程400-2500nm：地表反射率當(dāng)前第2頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)

花青素anthocyanins

類胡蘿卜素carotenoids

葉黃素brownpigments

葉綠素chlorophylls葉片光譜受到葉片色素的影響植被患病變色當(dāng)前第3頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)地物輻射模型描述輻射傳播，與地物發(fā)生相互作用（吸收、散射、發(fā)射等）的過程。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)模型正演反演遙感光譜當(dāng)前第4頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)Meroni,M.,R.Colombo,etal.(2004)."InversionofaradiativetransfermodelwithhyperspectralobservationsforLAImappinginpoplarplantations."RemoteSensingofEnvironment92:195-206.（1）反演植被參數(shù)植被輻射模型可以做什么？Meroni,etal.(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)。當(dāng)前第5頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)Zarco-Tejada,P.J.,J.R.Miller,etal.(2004)."Hyperspectralindicesandmodelsimulationforchlorophyllestimationinopen-canopytreecrops."RemoteSensingofEnvironment90(4):463-476.（2）

模型正演的應(yīng)用植被輻射模型可以做什么？Zarco-Tejada,etal.(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)植被遙感模型遙感光譜模擬結(jié)果1）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)果變化；3）進(jìn)而發(fā)現(xiàn)敏感參數(shù)、及對應(yīng)的敏感波段；4）優(yōu)選植被指數(shù)等當(dāng)前第6頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)嘗試回答的問題葉綠素可見光-近紅外吸收？特征？葉片水分

近紅外-短波紅外吸收？特征？葉片干物質(zhì)

短波紅外吸收？特征？……葉面積指數(shù)對植被光譜的影響?波段范圍？強(qiáng)度如何？當(dāng)前第7頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)本次上機(jī)目的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。簡單來說：1）調(diào)參數(shù)：固定其他參數(shù)不變，改變一個(gè)參數(shù)的設(shè)置；（模型軟件輸入）2）轉(zhuǎn)模型：獲得不同參數(shù)對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)集；（模型軟件輸出文本文件）3）敏感性分析：分析參數(shù)變化帶來的光譜變化。（文本文件導(dǎo)入EXCEL，在EXCEL表里面展示、分析）當(dāng)前第8頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)文本文件導(dǎo)入excel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)行分列第二種方式：COPY文本進(jìn)入EXCEL，利用分列工具，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分列當(dāng)前第9頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)葉片光學(xué)模型 扁平葉模型——學(xué)習(xí)PROSPECT（Jacquemoud,1990） 針葉模型——學(xué)習(xí)LIBERTY（Dawsonetal,1998）植被冠層模型 連續(xù)型冠層模型——學(xué)習(xí)SAIL（Verhoef,1984） 幾何光學(xué)模型——學(xué)習(xí)5-SCALE(ChenJM,1997）植被遙感模型耦合模型：（1）PROSPECT+SAIL（2）LIBERTY+5-SCALE當(dāng)前第10頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)葉片的類型差異扁平葉（闊葉） 針葉

植被的葉片類型學(xué)習(xí)PROSPECT（Jacquemoud,1990）學(xué)習(xí)LIBERTY（Dawsonetal,1998）當(dāng)前第11頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)冠層的類型差異連續(xù)型冠層（均一、混沌）非連續(xù)型冠層

植被的冠層類型學(xué)習(xí)SAIL（Verhoef,1984）學(xué)習(xí)5-SCALE(ChenJM,1997）當(dāng)前第12頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)

扁平葉模型——學(xué)習(xí)PROSPECT（重點(diǎn)） 連續(xù)型冠層模型——學(xué)習(xí)SAIL（重點(diǎn)）

針葉模型——學(xué)習(xí)LIBERTY 幾何光學(xué)模型——學(xué)習(xí)5-SCALE實(shí)習(xí)順序當(dāng)前第13頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)TAR鮮葉片和干葉片的反射率光譜（R）和透過率光譜（T）干枯葉片一般認(rèn)為，葉片的反射和透射率光譜，是由葉片組分的吸收和散射功能決定的。葉片主要組分：葉綠素，類胡蘿卜素，水，纖維素，木質(zhì)素，淀粉，蛋白質(zhì)等。新鮮葉片葉片模型當(dāng)前第14頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)葉片模型

實(shí)習(xí)內(nèi)容：平板模型，以PROSPECT為例當(dāng)前第15頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)早期的PROSPECT模型針對緊密葉片的，對于雙子葉和衰老葉片是不合適的，也即還沒有考慮葉片內(nèi)空氣間隔等的影響。PROSPECT的改進(jìn)之一假設(shè)葉片是由N層同性層疊起來的，被N-1層空氣間隔分割開來。

N不一定是整數(shù)。PROSPECT模型N被稱為是葉肉結(jié)構(gòu)指數(shù)。當(dāng)前第16頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT模型含有以下參數(shù)：N－葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉肉層數(shù)）Cab－葉綠素含量（葉肉透過系數(shù)θ有關(guān)

）Cw－葉片含水量（葉肉透過系數(shù)θ有關(guān)

）Cm－干物質(zhì)含量（葉肉透過系數(shù)θ有關(guān)

）

n－

葉肉界面折射指數(shù)n；（葉肉界面的折射屬性）α－最大入射角α（葉表面粗糙度）當(dāng)前第17頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)輸出：葉片反射率和透過率（400-2500nm，5nm間隔）當(dāng)前第18頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT模型(WINSail軟件中)實(shí)習(xí)當(dāng)前第19頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)從WINSail軟件中打開PROSPECT當(dāng)前第20頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT

界面葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)N葉綠素含量葉片含水量干物質(zhì)含量葉黃素含量當(dāng)前第21頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT模型的參數(shù)輸入表輸入?yún)?shù)描述取值范圍默認(rèn)值Cab葉綠素含量5～80μg/cm230μg/cm2N葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)1-41.3Cm干物質(zhì)含量0.001-0.005g/cm20.005g/cm2Cw水分含量0.003-0.03g/cm20.012g/cm2當(dāng)前第22頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT模型(WINSail）兩種數(shù)據(jù)獲取方式：單波段多波段模擬計(jì)算當(dāng)前第23頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSPECT模型(WINSail）存為一個(gè)文件，PROPECT的葉片反射率和透過率光譜，可為WINSail使用。當(dāng)前第24頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)波長（nm）w05w10w15w20不同的葉片水分含量模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）結(jié)果范例當(dāng)前第25頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)冠層模型實(shí)習(xí)內(nèi)容：連續(xù)型冠層模型(SAIL為例)當(dāng)前第26頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)連續(xù)型冠層模型——SAIL模型為例SAIL模型假設(shè)冠層具有如下性質(zhì)：

冠層水平且無限延伸； 冠層組分只考慮葉片； 冠層分布是各向同性的。

冠層葉片太陽與觀測環(huán)境當(dāng)前第27頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)PROSAIL模型的參數(shù)輸入表輸入?yún)?shù)描述取值范圍及默認(rèn)值Cab葉綠素含量(5～80μg/cm2)40μg/cm2N葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)(1-4)1.3Cm干物質(zhì)含量(0.001-0.005g/cm2)0.003g/cm2Cw水分含量(0.003-0.03g/cm2)0.012g/cm2LAI葉面積指數(shù)(0.5、1～8)3LAD平均葉傾角（0-90度）57度Sl熱點(diǎn)大小0.25Theta_s,Phi_s太陽方位角和天頂角030Theta_v,Phi_v遙感器方位角和天頂角00當(dāng)前第28頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)SAIL模型的WIN版本光源與觀測參數(shù)葉片與土壤參數(shù)LAI葉片傾角分布函數(shù)冠層的多層結(jié)構(gòu)當(dāng)前第29頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)葉傾角分布函數(shù)當(dāng)前第30頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)單獨(dú)使用WINSail模擬分析冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)和反射率光譜的關(guān)系當(dāng)前第31頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)32冠層反射率隨：葉面積指數(shù)LAI、平均葉傾角LAD的變化當(dāng)前第32頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)WINSail結(jié)合PROSPECT分析葉片參數(shù)對冠層反射率的影響當(dāng)前第33頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)冠層反射率隨：a)葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)N;b)葉綠素Cab;c)水含量Cw;d)干物質(zhì)Cm當(dāng)前第34頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)葉片模型

實(shí)習(xí)內(nèi)容：針葉模型，以LIBERTY為例當(dāng)前第35頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)針葉模型LIBERTY的針葉內(nèi)輻射傳輸模型Dawsonetal.(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)。當(dāng)前第36頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)LIBERTY模型輸入?yún)?shù)當(dāng)前第37頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)LIBERTYLIBERTY模型輸入?yún)?shù)的英文對照當(dāng)前第38頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)LIBERTY模型（5-SCALE軟件中）實(shí)習(xí)當(dāng)前第39頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)5-SCALERUNLIBERTY當(dāng)前第40頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)當(dāng)前第41頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)輸出文件的設(shè)置當(dāng)前第42頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)冠層模型實(shí)習(xí)內(nèi)容：幾何光學(xué)模型(5-SCALE為例)當(dāng)前第43頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)幾何光學(xué)模型——5-SCALE模型為例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獨(dú)立幾何冠層形狀的植被當(dāng)前第44頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)5-SCALE建模葉片獨(dú)立個(gè)體的冠層空間分布當(dāng)前第45頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)5-SCALE軟件的特色突出植被冠層的二向性植被光譜的二向性？不同觀測角度，觀測到不同強(qiáng)度的遙感反射率當(dāng)前第46頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)5-SCALE軟件的功能使用5-SCALE的三種模式 （1）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 （3）太陽平面上的反射率高光譜模式 使用5-SCALE模型，可關(guān)注針葉林的BRDF響應(yīng)。當(dāng)前第47頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)5-SCALE模型輸入?yún)?shù)觀測天頂角度太陽天頂角相對方位角葉面積指數(shù)LAI叢生指數(shù)樹木密度樹冠垂直高度桿高冠層半徑冠層形狀（1圓錐加圓柱；2橢圓）枝葉幾何參數(shù)葉片光譜下界面（背景）光譜當(dāng)前第48頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)太陽入射平面的二向性當(dāng)前第49頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)植被分布參數(shù)太陽與觀測參數(shù)冠層形狀枝干屬性四種工作模式葉片與下界面屬性當(dāng)前第50頁\共有56頁\編于星期四\2點(diǎn)使用5-SCALE的三種模式