第六章-冠层反射率模型-辐射传输.ppt

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1、第五章植被遥感模型遥感物理第三节冠层反射率模型—辐射传输模型CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel√§5.3.1冠层反射率模型§5.3.2植被辐射传输中常用参数§5.3.3植被辐射传输方程及解§5.3.4Nilson–Kuusk模型我们如何定量地研究植被覆盖区域的反射特征？植被遥感中，从一开始就被普遍认同和采用的方法是，利用植被反射光谱在可见光和近红外波段上明显的不同，构建遥感植被指数，在研究纠正植被形态、土壤光学特性、太阳位置以及云和大气等影响的基础上，反演地表状况，用以与各种植被变量（包括LAI

2、）、植株生物量、植被覆盖度、光合组织总量、光合有效辐射和初级生产力等因子进行相关。这种方法抓住了植被的光谱特征，简单而明确，具有很强的实用性，易于为大多数研究者所接受。目前开展的大部分植被遥感的研究工作都是从这方面展开的。1/11如果我们遥感专业的研究生只懂植被指数，那么遥感专业就可以取消了。但是不可否认的是，遥感也象其它学科一样，经历着从简单到复杂、从定性到定量的发展过程和发展趋势，尤其是作为一门新兴学科，更是如此。以植被指数、光谱-地物相关方法为代表的工作是在实验数据和感官经验的基础上完成的，缺乏一套有力完整的理论体系作支撑，因而是经验或半经验的。其理

3、论基础是统计相关，其根本弱点在于主观性和片面性，具有数据的局限性和结果的难以重复性。随着遥感定量化呼声日高和遥感手段的日益丰富完备，迫切需要发展有物理意义的理论模型，解决植被遥感中存在的问题和不足。2/11在研究植被等地物的光谱特征时，人们逐渐发现了“同物异谱、异物同谱”的现象，地面测量的光谱曲线与实际遥感测量的光谱曲线很难一一对应。研究者考虑到这种现象可能是混合象元引起的，于是引进了混合象元模型及其求解方法。在混合象元中，植被的反射率是已知的。但是实际上，由于植被反射率是由叶片、下层土壤等形成的综合因素，即植被区域不是一个平面刚体，辐射是可以穿过冠层表面

4、的，通过各种散射后，再从冠层上界逸出，被传感器所接收。因而形成冠层反射率模型。可以这样认为，混合象元是二维的，冠层反射率模型是三维的。3/11如果从遥感分析的角度，我们可以依据尺度由大向小排列顺序如下：4/11象元之间的关系，即遥感影象上的纹理特征；象元本身的属性，如根据象元光谱特征，进行分类；混合象元，即判断象元内部各种地物所占比例；端元（冠层）反射，表征端元内部由于辐射进入，或邻近遮挡而引起的辐射变化；材料波谱，如叶片内部各组分的结构与光谱特征。其中第一个属于遥感数字图象处理研究范畴，后两个属于遥感物理研究范畴，而中间两个则属于二者交叉研究范畴。在冠层

5、反射率模型中，通常分为两类，即几何光学模型与辐射传输模型。之所以分成两类模型，主要是由于地面的植被（在生态学上就是森林、草地、农作物）主要有两种外在形态。一种是几何特征明显（如树木、灌丛、成垄分布的农作物等），另一种则无明显几何特征（如大面积的草地、已封垄的农作物等）。当然，由于相互融合，两类模型现在已经区分不明显了，即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑，而以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。5/11热点(hotspot)现象所谓热点(hotspot)现象，即当传感器与太阳位于同一方向时，传感器所接收的地面辐射最强（地面反射率最大、地面

6、光强最强、最热）。几何光学模型可以较好地解释热点现象。6/11a(θv,φv)a(θi,φi)O(θi,θv,φ)辐射传输模型植被遥感接收的信息是植被上界的出射辐射（不考虑大气影响），它是辐射在植被—土壤耦合体系中多次散射和吸收的结果，而辐射传输理论可以比较系统、较完整地描述该过程。通过辐射传输理论，我们可以准确地计算植被上界的出射辐射量，或根据这一信息反演植被的光学特性和结构特性，因而从理论的高度解决了植被遥感的定量化问题。同时在解决问题的过程中，还可以借鉴许多辐射传输理论的最新进展和突破，从而将使这一领域充满活力。7/11植被遥感传输理论的三个里程碑成

7、果：8/111950年，Chandrasekhar给出辐射传输方程的具体表达式，并在大气和核物理等研究领域迅速得到应用和发展。1953年，门司正三和佐伯敏郎（MonsiandSaeki）从实测测定和理论推导两方面建立了光强对叶面积的依赖关系。其中所采用的理论就是辐射传输的基本定律—Beer-Lambert消光定律，从而开始了用辐射传输理论对植被冠层的研究。1975年，在总结前人多年工作的基础上，Ross出版了他的论著（俄文版），正式确定了植被内部的辐射传输方程，进而建立植被光学特性和结构特性与辐射场之间的关系。与大气相比，植被中的辐射传输过程要复杂得多，这

8、集中表现在两点：9/11大气中散射和吸收粒子的分布可以看成是平面平