遥感物理-辐射传输模型课件.pptxVIP

冠层反射率模型—辐射传输模型 1 几何光学模型与辐射传输模型 在冠层反射率模型中，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。 2 热点(hot spot)现象 所谓热点(hot spot)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、地面光强最强、最热) 。 几何光学模型可以较好地解释热点现象。 光照背景的比例 O( θi,θv,φ) a(θv,φv) a(θi,φi) 热点现象产生机制 • 1)阴影隐藏机制，几何光学模型解释 • 2)后向散射的相干机制，两个光线以不 同的方向经过同一路径时，在后向散射 方向会发生波的相干加强。 4 “碗形”分布 对于水平均匀分布的植被,如果叶面积足够大,其近 红外波段的BRF具有“碗形”分布，即反射率在星下 点最小，随着天顶角的增加而增加。 原因：1) 路径中散射体增加 2) 植被累积面积增大 “丘形”分布 在背景土壤反射率较高 (如红 光波段) 而且植被较为稀疏的 情况下，反射率会出现“丘形” 分布。 原因：1) 星下点背景反射率 影响较大 5 单位面积内所有叶子单面面积之总和。也可表示为叶 面面积之总和与所占面积之比。 无单位量纲，是农学、植被生态学中最重要、最常用 的参数。 叶面积指数 6 冠层辐射传输模型 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。 7 植被辐射传输过程的特殊性 • 大气中散射和吸收粒子的分布可以看成是平面平行 分布，即粒子特性仅随高度发生变化，同一高度上的 分布可以看成均一分布；而植被则在三维空间上均有 变化，植被个体间往往存在一不定期的间隙，造成其 在水平面上的不连续性，因而使问题复杂化。 8 • 大气中散射体为粒状分布，而植被中散射体—叶片 则有一定的取向和大小。前者造成植被中的辐射不仅 与传输路径长度和路径上叶片密度有关，而且与路径 上叶片的取向有关；后者则造成明显的“热点”现象， 即当观测方向与辐射方向正好相反时，出现较强的反 射亮度。 植被辐射传输过程的特殊性 9 • 在本节中，我们考虑连续植被分布，或者植被 个体间虽有间断，但却均匀分布 (其体现的效 果相当于个体密度之和在整个平面上的平均) ， 这时植被叶片密度呈平面平行分布。这种假设 符合农作物、 自然草场以及一些较密的森林的 状况。 植被辐射传输模型的假设 10 植被辐射传输模型中的三个参数 植被中主要的光合组织是叶片，辐射在植被中进行 传输时，更多地是与叶片发生相互作用而改变辐射 特性，叶片对辐射传输的影响。 叶片的物理特性包括叶片尺度、叶片取向、叶表 面粗糙度以及叶片光学性质 (如反射率、透过率 和吸收率) 等。 考虑由叶片所组成的整体性质，需要定义一些植 被群体特性参数，它们是对植被冠层结构和光学 特征的一种提炼化描述，是对全体叶片分布统计 平均的结果。这些统计量包括叶面积密度分布、G 函数和 函数。 11 辐射在介质中传输时，所受到的影响与散射体和吸 收体的密度分布有很大关系。 叶面积密度指单位体积内叶片 (单面) 面积总和， 它在空间分布的形式称为叶面积密度分布，通常以 uL(r)表示，单位为米-1。 在植被平面平行分布的假设下，可以表示为uL(r)= uL(z)，即叶面积密度只随垂直高度变化而改变，同 一层的叶面积密度是均一的。 叶面积密度分布 12 式中积分上限H为植被冠层深度，z的取向向下 (即z=0为 植被上界，z=H为植被下界) ，L0为叶面积指数。 叶面积密度铅垂分布uL(z)是植被切层研究的基本参数。 叶面积密度分布 对于叶面积密度分布，存在： 13 式中积分区域 2π+为上半球空间，这是因为叶片只 能计算单面。对于平面平行假设，存在 gL(r, ΩL)= gL(z, ΩL) 。 14 引入叶片法向分布概率密度gL(r, ΩL)，表示位置 r 处，法向 (取其上半球空间单面法向) 为ΩL附近