11植被冠层反射模型.ppt

蒙特卡罗光线追踪模型 建立在光子在植被冠层中路径采样的基础上。当场景复杂度上升时，此方法需要处理时间并不会明显增加，因此光线追踪方法更容易得到辐射传输的通解。 冠层反射率的本质是冠层BRDF被视为是一组采样光子从一个方向入射到冠层后，从另一个以给定方向为中心的某单位立体角内出射的平均概率。 按照上面的原理，算法的目标是通过对光子打入场景内部整个过程的模拟计算概率。主要的计算问题变成检测一组光线与已定义场景的几何结构的交点。 光子在点上反射、透射和吸收的概率之和等于1。 (BRDF) 一个函数定义一个表面的光谱和空间反射属性。 前向和后向光线追踪 各种MCRT算法间的一个重要区别是它们涉及前向跟踪还是后向跟踪。前者，采样光子的轨迹追踪过程为从光源到传感器；后者为从传感器到光源。 冠层场景生成 通过三维扫描的方法，立体测量学，手动测量等的算法生长模型，或者由植物生长规律驱动的模型来实现。 1999年，该模型将冠层要素的生长作为温度与碳利用率的函数，然后耦合到冠层光照与温度的三维空间变量中去。 森林光线追踪算法 森林的宏观结构由一组被放在水平板上的三维几何体表示。这些几何体定义了树冠的形状、大小和重叠等。树冠的坐标可以直接指定，或者由生长模型或者统计分布估计得出。在每个树冠内部，树叶由结构参数如叶面积密度、角度分布、大小和叶片光学特征（反射率和透射率）近似描述。 该方法的优点是一条单一的光子路径可以用于模拟任意波段的反射。 植物学植物建模系统模型 冠层场景生成、天空辐射生成、ARARAT（高级辐射光线追踪器）的射线跟踪器。为产生冠层场，需要用到L系统。BPMS中的拓扑串可以生成叶片冠层的测量关键参数，如叶片数、冠层高度、叶长度和冠层变量特征。L系统用来克隆植物。 冠层生成以后，光线追踪器可以用来根据给定的照射条件（太阳直射光和天空漫射）模拟冠层辐射场。 可以用来理解冠层辐射场的特征；验证其他简单模型，及训练从遥感图像中提取生物物理参数的反演模型。 SPRINT模型 为解决普通MCRT跟踪法对千米尺度场景的内存消耗与计算时间需求的问题。 SPRINT（模拟辐射拦截的光子传播）模型 主要不同在于随机选取的步骤里，光子会从每个碰撞点像连续的波一样向外传播。会改变在各个观测方向的BRDF的计算值。因此可以比传统蒙特卡洛射线追踪快1000倍。 辐射度模型及应用 优点：一旦辐射传输能够解决，在任意视角的冠层反射率都能模拟。保留了每片叶子作为反射和透射表面的离散特性。 局限：构建可视因子矩阵和求解辐射传输的初始计算负荷。 辐射度模型及应用 辐射度模型及应用 辐射度模型作为一种计算机模拟模型具有很多优点，它对理解植被-辐射相互作用过程和研究植被冠层辐射机理具有重要的理论价值。传统的辐射度模型假设冠层内叶片为朗伯体。但随着对叶片特性的深入研究发现，叶片的反射特性不能单纯的看成是理想漫反射过程。 为了消除传统辐射度模型的朗伯假设，完善辐射度模型，利用Phong光照模型模拟叶片表面非朗伯（镜面反射）部分的分布特性，在基于真实结构冠层场景的辐射度模型（RGM）的基础上，增加了叶片镜面反射分量的计算。 以玉米冠层为例，比较并分析叶片的镜面反射分量对冠层辐射分布的影响。 必威体育精装版进展 近几年新辐射传输模型发展较慢，但涉及领域较广。 经典几何光学模型从本质上描述了太阳辐射和地表的相互作用。几何光学模型近来用于确定森林类型和估算生物物理参数。 计算机模拟模型发展没有太大进展。 小结 辐射传输模型适用于稠密植被冠层。 几何光学模型还是更适合稀疏的规则形状的冠层。 上述两种模型已经有人研究综合成为混合冠层模型。 计算机模拟模型主要用于理解辐射变化特征和验证一些简单模型。 植被冠层反射模型 徐世武 副教授 植被冠层反射模型简介 遥感获得的植被参数和所处的环境参量，如半球反射率、叶面积指数、冠层光合有效辐射比率、表面粗糙度和物候等，是地表过程模型的关键输入参数，对于驱动生物化学模型和与生物圈功能有关的其它模型也同样重要。 估算这些参数的方法在数学和物理学上已经相当成熟。简单的主要有经验方法，也有复杂的基于对植被冠层辐射特征的物理学方法。 冠层辐射传输方程 冠层结构 一维辐射传输公式 边界条件 热点效应 非均质冠层公式 冠层结构 冠层辐射特征很大程度上依赖于冠层结构。 不同建模技术反映不同尺度下的冠层结构。 辐射传输模型中，植被冠层可假设为一维混合介质（如大气和水），冠层单元是随机分布的，对于一维情况，冠层水平无限均匀，垂直方向有限变化。 许多冠层的叶面积体密度分布趋向于离冠层顶部越近越高。 冠层结构 水平型函数对应于叶片主要呈水平分布的冠层；竖直型函数对应于叶片主要呈垂直分布的冠层；倾斜型函数对应于叶片分布在大约45度角范围内的冠层。 除LAI和LAD之外，在冠层辐射传输