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中国科学 D 辑 地球科学 2005, 35 (9): 881~890 881 冠层光谱的多项式分析及生化参量反演* 颜春燕 ** 刘 强 牛 铮 王纪华 黄文江 刘良云 ( 中国科学院遥感信息科学国家重点实验室, 北京 100101 ; 北京农业信息技术研究中心, 北京 100089) 摘要 提出了一种冠层光谱的多项式表达模型和分解方法, 并将它用于反演冠层多角度光谱 数据获取生化参量. 首先叙述了多项式表达的基本公式, 并分析了多项式的n 阶项及系数的物理 意义, 在此基础上给出完整的多项式表达模型, 以及反演多项式系数的分解方法. 通过对 SAILH 模型模拟的冠层光谱的分解, 多项式表达不仅能很好地拟合冠层光谱, 而且揭示了冠层的每一次 散射对总反射的贡献. 以一次散射系数a10 和a01 为例, 可以看到多项式系数很好地反映了冠层光 谱中的热点现象及观测角度 叶面积指数和叶倾角的影响. 利用多项式表达与叶片模型 PROSPECT 的耦合, 建立了冠层生化参量反演模型. 分别利用两种不同的冠层模型(SAILH 模型 和 4-SCALE 模型)模拟了冠层多角度光谱数据, 然后以多项式表达+PROSPECT 模型反演, 以提 取生化参量, 都取得了理想的结果. 在此基础之上, 利用实测的玉米冠层多角度光谱数据, 也获 得了较为准确的叶绿素含量反演结果. 说明多项式分析提供了不依赖于特定冠层模型而反演生 化参量的一条新思路. 关键词 多项式表达 冠层光谱 分解 生化组分含量 反演 1 引言 谱中提取生化参量仍然是具有挑战性的研究. 目前 植被是生态系统中最重要的组成成分之一, 正 提取植被冠层生化参量的方法可分为经验半经验的 确估计植被的生化组分含量为了解不同尺度的生态 统计回归方法和冠层模型耦合叶片模型的反演方法 系统功能提供了非常有用的帮助. 利用测量的叶片 两类. 前者物理意义不明确, 建立的统计关系难以推 光谱提取叶片生化参量的方法已经相对比较成熟. 广; 而后者受到模型的准确性与复杂性这一对矛盾 但是在冠层尺度上, 因为冠层光谱受到叶片生化参 的制约, 同时受敏感的冠层参数的限制, 因此目前也 [1] 量 土壤背景 冠层结构等因素的共同影响, 诸多未 难以推广应用 . 知因素限制了生化参量的反演精度, 所以从冠层光 遥感研究的地表通常是多种组分的复合结构, 2003-11-26 收稿, 2004-10-27 收修改稿 * 国家重点基础研究发展规划项目(G2000077900) 中国科学院知识创新工程重大项目 中国陆地和近海生态系统碳收支研究(KZCX1-SW- 01)和国家自然科学基金资助项目 ** E-mail: yanchunyan@263.net SCIENCE IN CHINA Ser. D Earth Sciences 882 中国科学 D 辑 地球科学 第35 卷 其反射率是太阳/观测角度 组分光谱和像元结构的 使用r 和t 并不是理想的参数化方法. 本文中用r +t 复杂函数. 研究者提出了许多物理模型用于模拟复 和r t 来参数化叶片