冠层反射率brdf模型分析及改进研究

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1、万方数据UniVers匆Code：10225RegisterCode：S14821DisseltationfortheDegreeofMasterAnalysisandoptimizationofBRDFmodelbasedoncanopyrenectanceCandidate：Supervisor：AssociateSuperVisor：AcademicDegreeAppIiedfor：Speciali锣：DateoforaIExamination：Universi锣：XuPengW撕gProfFanW色nⅥMasterForestManageme

2、ntJune，2014NonheastForest巧U_niVersity万方数据摘要随着遥感理论和技术的不断革新，定量遥感及多角度遥感的重要性日益凸显。近年来定量遥感模型发展有数百种之多，大致分为物理模型、经验统计模型和半经验模型。其中物理模型机理性强，成为研究的主流，但在应用的适用性上、尺度问题在模型中的明确表达及高精度反演结果问题等还需要进一步完善。物理模型又包括几种：几何光学模型、辐射传输模型、计算机模拟模型和混合模型。文章对其中的代表性BRDF模型sAIL、GEOS越L、DART和4．SCALE分别介绍了研究现状、基本定义、原理、适用范围及

3、其优缺点。外业实测的数据进模拟分析对比的基础上研究提出对4．SCALE模型的优化改进。文中模型的对比分析所用参数是2010年8月份在黑龙江省大兴安岭地区塔河县盘古镇盘古林场做的外业调查数据。对落叶松纯林大样地和白桦纯林大样地调查数据进行统计处理，为了更好的对比分析，根据落叶松纯林样地的数据自定义一个落叶松纯林样地数据；对4一SCALE模型优化改进所用参数是2011年8月份盘古林场和2012年加格达奇林业局做的外业调查数据。模型模拟的对比分析和改进结果概括如下：(1)GEOS灿L模型，模拟的是单一太阳天顶角垂直观测时不同冠层覆盖度下的反射率，不能说明热

4、点现象，也不能描述植被的三维结构信息。就单波段看反射率会随着林分的郁闭度的增大而减小，吸收的有效光合辐射率则是随着林分郁闭度的增大而增大。(2)DART模型模拟的比较全面，既可以模拟整个场景，也可以模拟植被、地面、水体等的反射率，所模拟的光线可经过多次散射，更好的符合实际情况。模拟结果反射率曲线可以看出明显的热点现象(PHI=00，VZA=40o)，近红外波段的反射率曲线则可以看到“碗边”效应。(3)4．ScALE模型所模拟的是在主平面方向上的反射率，充分考虑了树冠间的排斥性和树冠以下的实体的分布特征对BⅪ)F的影响，未考虑多次散射对阴影部分地物反射

5、强度的影响，也未考虑植被土壤的非朗伯体性质等，因而在植被趋于连续，阴影区与非阴影区之间差别较小时，不如带几何光学修正的辐射传输模型严密。在PHI=00，VZA=40o的模拟结果看出明显的热点现象。郁闭度小时，在视线的前向方向上阴影树冠面积增加而BRDF值降低，说明冠层内部的多次散射对阴影树冠的反射率的作用可以忽略，而在视线背向方向出现“碗边"效应也是因为考虑冠层内部多次散射，这说明多次散射主要来自于光照树冠表面。(4)叶倾角分布(LAD)直接决定着植被冠层对辐射的截获量，同时对入射太阳辐射的大小与走向也起着决定性作用，是定量遥感中的关键参数。因此本研

6、究基于CanlpbeU椭球分布函数和迭代方法拟合大兴安岭林区主要树种的LAD，定量分析冠层叶片分层与不分层时模型的拟合情况及不同龄组对LAD的影响，结果表明：大兴安岭万方数据摘要地区6种主要树种的LAD均属于横椭球分布，针叶树的平均叶倾角小于阔叶树；无论对叶片分层处理与否，模型拟合叶倾角的结果与实测结果基本一致；白桦和落叶松的拟合结果与实测结果线性回归的相关系数分别是0．8268、0．8192，均方根误差分别是3．7％、4．3％，说明C锄pbeU模型应用于森林冠层是可靠的；考虑龄组的影响时，虽然分层处理时叶倾角的分布趋势与龄组无关，但幼龄落叶松的平均

7、叶倾角小于成熟落叶松，表明龄组对叶倾角分布取值有正向影响，而对消光系数取值起到负向影响。(5)叶倾角分布(LAD)和叶面积指数(L址)作为研究植被冠层结构的重要参数，二者间存在一定的定量关系。TRAC测量的单线多角度数据通过NC理论能很好的反演出叶倾角分布，对实测的叶倾角分布的解释能力达90％以上；研究发现NC理论计算得到叶倾角概率密度较实际偏大，C锄pbell模型模拟结果则偏小，尤其在[0。，10。]区间内，两种理论存在一种互补关系，而两种理论得到结果取平均时对实测的叶倾角分布的解释能力将得到一定提高，达96％以上；此外利用NC理论反演时，叶倾角区

8、间个数一般的定义为所测太阳天顶角个数的1／2为最佳。定量的反演得到叶面积指数，为大范围的L触测量提供有力的验