植被遙感上機(jī)課程植被輻射傳輸模型課件

植被輻射傳輸過程400-2500nm：地表反射率植被輻射傳輸過程400-2500nm：1

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花青素anthocyanins葉綠素chlorop2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地物輻射模型構(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。3Meroni,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)。Meroni,M.,R.Colombo,etal.4Zarco-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Zarco-Tejada,P.J.,J.R.Mil5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？嘗試回答的問題葉綠素可見光-近紅外吸收？特6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）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)7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)行分列文本文件導(dǎo)入excel第一種方式：使用EXCEL直接打開文本8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葉片光學(xué)模型植被遙感模型耦合模型：（1）PROSPECT9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）葉片的類型差異植被的葉片類型學(xué)習(xí)PROSPECT（Jacqu10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）冠層的類型差異植被的冠層類型學(xué)習(xí)SAIL（Verhoef,11

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實習(xí)順序 扁平葉模型——學(xué)習(xí)PROSPECT（重點(diǎn)）實習(xí)順序12TAR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T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13葉片模型

實習(xí)內(nèi)容：平板模型，以PROSPECT為例葉片模型

實習(xí)內(nèi)容：14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)。早期的PROSPECT模型PROSPECT模型N被稱為是葉15PROSPECT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）PROSPECT模型含有以下參數(shù)：16輸出：葉片反射率和透過率（400-2500nm，5nm間隔）輸出：17PROSPECT模型(WINSail軟件中)實習(xí)PROSPECT模型(WINSail軟件中)18從WINSail軟件中打開PROSPECT從WINSail軟件中19PROSPECT

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PROSPECT葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)N20PROSPECT模型的參數(shù)輸入表PROSPECT模型的參數(shù)輸入表21PROSPECT模型(WINSail）兩種數(shù)據(jù)獲取方式：單波段多波段模擬計算PROSPECT模型(WINSail）模擬計算22PROSPECT模型(WINSail）存為一個文件，PROPECT的葉片反射率和透過率光譜，可為WINSail使用。PROSPECT模型(WINSail）存為一個文件，23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)果范例波長（nm）w05w10w15w20不同的葉片水分含量模擬的24冠層模型實習(xí)內(nèi)容：連續(xù)型冠層模型(SAIL為例)冠層模型實習(xí)內(nèi)容：25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)境連續(xù)型冠層模型——SAIL模型為例SAIL模型假設(shè)冠層具有如26PROSAIL模型的參數(shù)輸入表PROSAIL模型的參數(shù)輸入表27SAIL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)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28葉傾角分布函數(shù)葉傾角分布函數(shù)29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)系單獨(dú)使用WINSail模擬3031冠層反射率隨：葉面積指數(shù)LAI、平均葉傾角LAD的變化31冠層反射率隨：葉面積指數(shù)LAI、平均葉傾角LAD的變化31WINSail結(jié)合PROSPECT分析葉片參數(shù)對冠層反射率的影響WINSail結(jié)合PROSPECT32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冠層反射率隨：a)葉肉結(jié)構(gòu)參數(shù)N;b)葉綠素C33葉片模型

實習(xí)內(nèi)容：針葉模型，以LIBERTY為例葉片模型

實習(xí)內(nèi)容：34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針葉的反射率和透過率，需要3大類、共9個輸入?yún)?shù)。針葉模型LIBERTY的針葉內(nèi)輻射傳輸模型35LIBERTY模型輸入?yún)?shù)LIBERTY模型輸入?yún)?shù)36LIBERTYLIBERTY模型輸入?yún)?shù)的英文對照LIBERTYLIBERTY模型輸入?yún)?shù)的英文對照37LIBERTY模型（5-SCALE軟件中）實習(xí)LIBERTY模型（5-SCALE軟件中）385-SCALERUNLIBERTY5-SCALERUNLIBERTY39植被遙感上機(jī)課程植被輻射傳輸模型課件40輸出文件的設(shè)置輸出文件的設(shè)置41冠層模型實習(xí)內(nèi)容：幾何光學(xué)模型(5-SCALE為例)冠層模型實習(xí)內(nèi)容：42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幾何光學(xué)模型——5-SCALE模型為例直接照射冠層435-SCALE建模葉片獨(dú)立個體的冠層空間分布5-SCALE建模葉片獨(dú)立個體的冠層空間分布445-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5-SCALE軟件的特色突出植被冠層的二向性455-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)。5-SCALE軟件的功能使用5-SCALE的三種模式 465-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5-SCALE模型輸入?yún)?shù)觀測天頂角度47太陽入射平面的二向性太陽入射平面的二向性48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49使用5-SCALE