1、植被輻射模型上機課程,焦全軍 ,1,植被輻射傳輸過程,400-2500nm： 地表反射率,葉片光譜受到葉片色素的影響,植被患病變色,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。,構建了地物理化、結構的特性與地物輻射特性的關系。,植被參數(shù),模型,正演,反演,遙感光譜,Meroni, M., R. Colombo, et al. (2004). Inversion of a radiative transfer model with hyperspectral observations for LAI mapping in poplar plantations. R

2、emote Sensing of Environment 92: 195-206.,（1）反演植被參數(shù),植被輻射模型可以做什么？,Meroni, et al. (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)。,Zarco-Tejada, P. J., J. R. Miller, et al. (2004). Hyperspectral indices and model simulation for chlorophyll estimation in open-canopy tree crops. Remote Sensing of Environment

3、 90(4): 463-476.,（2） 模型正演的應用,植被輻射模型可以做什么？,Zarco-Tejada, et al. (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,遙感光譜模擬結果,1）調整某一個參數(shù),2）查看參數(shù)調整帶來的模擬結果變化； 3）進而發(fā)現(xiàn)敏感參數(shù)、及對應的敏感波段； 4）優(yōu)選植被指數(shù)等,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 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？強度如何？,本次上機目的,掌握幾種流行的植被冠層光譜模型，分析不同參數(shù)對應的光譜

4、特征。 簡單來說： 1）調參數(shù)：固定其他參數(shù)不變，改變一個參數(shù)的設置；（模型軟件輸入） 2）轉模型：獲得不同參數(shù)對應的光譜數(shù)據集；（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。（文本文件導入EXCEL ，在EXCEL表里面展示、分析）,文本文件導入excel,第一種方式：使用EXCEL直接打開文本文件，輸入分列符號設置，進行分列,第二種方式：COPY文本進入EXCEL，利用分列工具，對數(shù)據進行分列,葉片光學模型 扁平葉模型學習PROSPECT（Jacquemoud,1990） 針葉模型學習LIBERTY（Dawson et al, 1998） 植被冠層模型 連續(xù)型冠層模

5、型學習SAIL（Verhoef, 1984） 幾何光學模型學習5-SCALE(Chen J M,1997 ）,植被遙感模型,耦合模型： （1）PROSPECT + SAIL （2）LIBERTY + 5-SCALE,葉片的類型差異 扁平葉（闊葉）針葉,植被的葉片類型,學習PROSPECT（Jacquemoud,1990）,學習LIBERTY（Dawson et al, 1998）,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,學習SAIL（Verhoef, 1984）,學習5-SCALE(Chen J M, 1997）,扁平葉模型學習PROSPECT（重點） 連續(xù)型冠

6、層模型學習SAIL （重點） 針葉模型學習LIBERTY 幾何光學模型學習5-SCALE,實習順序,T A R,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，木質素，淀粉，蛋白質等。,新鮮葉片,葉片模型,葉片模型,實習內容： 平板模型，以PROSPECT為例,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空氣間隔等的影響。 PROSPECT的改進之一 假設葉片是由N層同性層疊起來的，被N-1層空氣間隔分割開來。

7、N不一定是整數(shù)。,PROSPECT 模型,N被稱為是葉肉結構指數(shù)。,PROSPECT模型含有以下參數(shù)： N葉肉結構參數(shù)（葉肉層數(shù)） Cab葉綠素含量（葉肉透過系數(shù)有關 ） Cw葉片含水量（葉肉透過系數(shù)有關 ） Cm干物質含量（葉肉透過系數(shù)有關 ） n 葉肉界面折射指數(shù)n；（葉肉界面的折射屬性） 最大入射角（葉表面粗糙度）,輸出： 葉片反射率和透過率（400-2500nm，5nm間隔）,PROSPECT模型(WINSail軟件中) 實習,從WINSail軟件中 打開PROSPECT,PROSPECT 界面,葉肉結構參數(shù)N 葉綠素含量 葉片含水量 干物質含量 葉黃素含量,PROSPECT 模型的參

8、數(shù)輸入表,PROSPECT模型(WINSail） 兩種數(shù)據獲取方式： 單波段 多波段,模擬計算,PROSPECT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。,不同的葉片水分含量模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）,結果范例,冠層模型,實習內容： 連續(xù)型冠層模型(SAIL為例),連續(xù)型冠層模型SAIL模型為例,SAIL模型假設冠層具有如下性質： 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,PROSAIL模型的參數(shù)輸入表,SAIL模型的WIN版本,光源與觀測參數(shù),葉片與土壤參數(shù),LA

9、I,葉片傾角分布函數(shù),冠層的多層結構,葉傾角分布函數(shù),單獨使用WINSail模擬 分析冠層結構參數(shù)和反射率光譜的關系,32,冠層反射率隨：葉面積指數(shù)LAI、平均葉傾角LAD 的變化,WINSail結合PROSPECT 分析葉片參數(shù)對冠層反射率的影響,冠層反射率隨：a) 葉肉結構參數(shù)N; b) 葉綠素 Cab; c) 水含量Cw; d) 干物質Cm,葉片模型,實習內容： 針葉模型，以LIBERTY為例,針葉模型,LIBERTY的針葉內輻射傳輸模型,Dawson et al. (1998)發(fā)展了針葉的葉片輻射傳輸模型LIBERTY 。 LIBERTY模型通過若干層細胞的反射率和透過率的迭代過程求得

10、單個針葉的反射率和透過率，需要3大類、共9個輸入參數(shù)。,LIBERTY模型輸入參數(shù),LIBERTY,LIBERTY模型輸入參數(shù)的英文對照,LIBERTY模型（5-SCALE軟件中） 實習,5-SCALE,RUN LIBERTY,輸出文件的設置,冠層模型,實習內容： 幾何光學模型(5-SCALE為例),幾何光學模型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,獨立幾何冠層形狀的植被,5-SCALE建模,葉片,獨立個體的冠層,空間分布,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 不同強度的遙感反射率,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，可關注針葉林的BRDF響應。,5-SCALE模型輸入參數(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,太陽入射平面的二向性,植被分布參數(shù),太陽與觀測參數(shù),冠層形狀,枝干屬性,