定量遥感-第四章植被定量遥感模型-3.pdf

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1、1/27《定量遥感》第四章植被定量遥感模型武汉大学遥感信息工程学院龚龑第四章植被定量遥感模型§4.1冠层反射率模型概述§4.2冠层反射率几何光学模型§4.3植被辐射传输模型§4.4叶片反射率模型和生化参数反演§4.3.1叶片生物化学特性§4.3.2叶片反射率模型§4.3.3植被生化组分提取方法2§4.4叶片反射率模型和生化参数反演像元反射率与几何光学模型森林的郁闭度郁闭度冠四分量的关系层反生物物理参数射率叶面积密度分布叶面积指数模通过微分方程型辐射传输模型G函数叶倾角LAD求解双向反射率函数存在两个问题：叶片反射

2、率模型1.生物化学参数如何与反射率关联2.辐射传输模型需借助叶片光学性质模型生化参数3§4.3.1叶片生物化学特性建立模型的前提是什么？几何光学模型和辐射传输模型的建模前提，是对描述冠层性质的要素予以明确或进行假设。叶片反射率建模描述叶片生物化学特性的要素叶子的剖面结构光辐射与单叶子的相互作用基本上包括两种物理过程，散射(反射)与吸收，为了更好地理解这种相互作用的过程，了解叶子剖面结构是十分必要的。4§4.3.1叶片生物化学特性叶子的剖面结构假想的典蜡层基本上是透明的(1-3%)型上表皮层透光性能极好,布满气孔健康

3、叶片栅栏•水份的组织剖•叶绿素对太阳短波叶面辐射具有的肉•胡罗卜素强烈选择性海绵状叶•蛋白质组织片的电子下表皮层透光性能极好,布满气孔显微影像5§4.3.1叶片生物化学特性单叶的波谱特征正常生长的植被在多数情况，其谱特征基本上被叶簇所控制，因此植被的谱特征，核心体现在叶子的谱特征。单叶片的光谱特征可以分为三个区域•叶绿素a以0.45μm为中心的吸收带(1)0.4μm-0.7μm•叶绿素b以0.66μm为中心的吸收带•胡罗卜素、叶黄素在0.43μm-0.48μm的吸收带•吸收基本上可以忽略，散射作用占据了主导地位(2

4、)0.7μm-1.1μm•反射率与透射率是相近的随机性•被液态水的吸收特性所控制(3)1.1μm-2.5μm•中心分别在1.42μm与1.96μm6§4.3.1叶片生物化学特性单叶的波谱特征健康绿色叶片在0.4-2.6μm的反射光谱特征7第四章植被定量遥感模型§4.4叶片反射率模型和生化参数反演§4.3.1叶片生物化学特性§4.3.2叶片反射率模型§4.3.3植被生化组分提取方法8§4.3.2叶片反射率模型•学习反射率模型的思路•模型是如何将辐射能量的传输过程进行定量化地描述的？•模型是如何建立生化参数与辐射能量的

5、关系的？•利用模型能否实现生化参数的求解？•代表性模型•随机模型•平板模型和PROSPECT模型•N流模型9§4.3.2叶片反射率模型1.随机模型（stochasticmodel）随机模型通过马尔可夫链来模拟辐射传输它将叶片分割为两个独立的组织：栅栏组织和海棉组织。定义了四种辐射状态：太阳光、反射、吸收、透过以及在不同的间隔间从一种辐射状态到另一种辐射状态的转换概率。这些概率是以叶片物质的光学特性为基础确定的。给定一个表述入射辐射的初始失量，通过迭代方式直到平稳状态，就可以获得叶片的反射率和透过率。10§4.3.2

6、叶片反射率模型1.随机模型1太阳这10个过程可以表示为：辐射2蜡质层反漫反射能1.太阳入射辐射射6量2.蜡质层反射的太阳辐射4栅栏组织3.辐射进入栅栏组织34.栅栏组织的吸收栅栏组织5栅栏组织吸收散射5.栅栏组织的散射6.漫射反射的辐射79海绵组织7.辐射进入海绵组织海绵组织8散射8.海绵组织的吸收海绵组织吸收9.海绵组织的散射10.漫射透射的辐射10漫射透过能量11§4.3.2叶片反射率模型1.随机模型联接这十个部分之间的箭头表示它们之间可能存在的转移过程，只要能确定过程之间的转移概率，那么光辐射与单片叶子之间的

7、相互作用过程就可以被模拟，用R表示ij由j状态向i状态的转移概率。例如R代表光子在栅栏组4,3织中被吸收的概率。显然这决定于吸收物质的种类及其含量，吸收系数。12§4.3.2叶片反射率模型1.随机模型在栅栏组织中，考虑吸收因素根据比尔定律有：II0exp(k(i)Xpp(i))I为入射光强，k为吸收系数。Xpp代表栅栏组织内某吸收物0质的总含量。显然用（1－I／I）代表被吸收的概率是合理的。0在栅栏组织中有四种吸收物质，它们是液态水，叶绿素a与b以及胡萝卜素，因此：4R4,3(1exp(k(i)Xpp(

8、i)))113§4.3.2叶片反射率模型1.随机模型同理可得R其中X代表第i种物质在海绵状叶肉层的总含量8,7，SM4R8,7(1exp(k(i)Xsm(i)))1如果假定光子进入栅栏组织后被吸收的概率有一半是经多次散射得到，则R＝R／2。4,54,314§4.3.2叶片反射率模型1.随机模型用1-R代表光子进入栅栏组织后，未被吸收的概率，并4,3进